使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器課程設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)?數(shù)字信號(hào)處理?課程設(shè)計(jì)報(bào)告 學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 課程成績(jī) 完成日期 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué) 院 計(jì)算機(jī)與通信工程 專 業(yè) 通信工程 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2021 年 3月 13 日 指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)評(píng)分工程優(yōu)良中及格不及格課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計(jì)完成情況課程設(shè)計(jì)動(dòng)手能力文字表達(dá)學(xué)習(xí)態(tài)度標(biāo)準(zhǔn)要求課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見(jiàn)綜合成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 2021 年 3 月 15 日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)計(jì)算機(jī)與通信工程 系 通信工程 專業(yè) 課程名稱數(shù)字信

2、號(hào)處理課程設(shè)計(jì)時(shí)間20212021學(xué)年第二學(xué)期12周學(xué)生姓名 指導(dǎo)老師 題 目語(yǔ)音信號(hào)濾波去噪使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器主要內(nèi)容： 用麥克風(fēng)采集一段語(yǔ)音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜特點(diǎn)，參加一個(gè)帶外單頻噪聲，使用頻率采樣法設(shè)計(jì)一個(gè)滿足指標(biāo)的FIR濾波器，對(duì)該含噪語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，畫(huà)出頻率采樣型濾波器結(jié)構(gòu)圖。比擬濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析，根據(jù)結(jié)果和學(xué)過(guò)的理論得出合理的結(jié)論。與不同濾波方法的同學(xué)比擬各種濾波方法性能的優(yōu)劣。要求：1濾波器指標(biāo)必須符合工程實(shí)際。2設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。3處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。4獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要

3、求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)。應(yīng)當(dāng)提交的文件：1課程設(shè)計(jì)學(xué)年論文。2課程設(shè)計(jì)附件主要是源程序。語(yǔ)音信號(hào)濾波去噪使用頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型FIR濾波器學(xué)生姓名： 指導(dǎo)老師： 摘 要 此次課程設(shè)計(jì)是使用頻率采樣法設(shè)計(jì)一個(gè)頻率采樣型濾波器，對(duì)一段加噪的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，并且對(duì)濾波前后的時(shí)域波形和頻譜分析濾波性能。此次課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為，開(kāi)發(fā)工具是M語(yǔ)言編程。首先利用Windows錄音機(jī)錄制一段語(yǔ)音信號(hào)，并人為參加單頻噪聲，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析以確定所加噪聲頻率，再設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波去噪處理，最后比擬濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析，并用VISIO繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖。由分析結(jié)果可知，濾波后的語(yǔ)音信

4、號(hào)與原始語(yǔ)音信號(hào)根本一致，即設(shè)計(jì)的FIR 濾波器能夠去除信號(hào)中所加單頻噪聲，即到達(dá)了設(shè)計(jì)目的。關(guān)鍵詞 MATLAB；濾波去噪；頻率采樣法；頻率采樣型濾波器；VISIO1 引言濾波去噪1是信號(hào)處理中一種最根本但十分重要的技術(shù)。利用濾波可以從復(fù)雜的信號(hào)中提取所需的信號(hào)，抑制不需要的信號(hào)。濾波器就是這樣一種可以在時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行濾波處理的系統(tǒng)。通常情況下，有用信號(hào)和干擾信號(hào)是在不同頻段上的，于是通過(guò)對(duì)濾波器的頻率特性精心設(shè)計(jì)就能到達(dá)濾波的目的。本課程設(shè)計(jì)是采用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率抽樣型濾波器，從而對(duì)語(yǔ)音信號(hào)濾波去噪。通過(guò)比照濾波前后的波形圖及回放濾波前后的語(yǔ)音信號(hào)，來(lái)判斷濾波器對(duì)噪聲信號(hào)確實(shí)有濾除

5、作用。1.1 課程設(shè)計(jì)目的(1)熟悉使用MATLAB；(2)了解FIR 濾波器原理及結(jié)構(gòu)；(3)利用所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理相關(guān)知識(shí)用MATLAB 設(shè)計(jì)一個(gè)FIR濾波器；(4)提高自己動(dòng)手的能力。(5)對(duì)加噪的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理，比擬濾波前后的時(shí)域波形和頻譜并進(jìn)行分析；1.2 課程設(shè)計(jì)的要求(1)濾波器指標(biāo)必須符合工程設(shè)計(jì)。(2)設(shè)計(jì)完后應(yīng)檢查其頻率響應(yīng)曲線是否滿足指標(biāo)。(3)處理結(jié)果和分析結(jié)論應(yīng)該一致，而且應(yīng)符合理論。 (4)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)并按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。1.3 設(shè)計(jì)平臺(tái)本課程設(shè)計(jì)仿真平臺(tái)為MATLAB7.0。MATLAB 的名稱源自Matrix Laboratory，1984年由

6、美國(guó)Mathworks 公司推向市場(chǎng)。它是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB 將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。1993 年MathWorks 公司從加拿大滑鐵盧大學(xué)購(gòu)得MAPLE 軟件的使用權(quán)，從而以MAPLE 為“引擎開(kāi)發(fā)了符號(hào)數(shù)學(xué)工具箱Symbolic Math Toolbox 2。2 設(shè)計(jì)原理用windows自帶的錄音機(jī)錄制一段語(yǔ)音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜，給定相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，用頻率采樣法設(shè)計(jì)的一個(gè)滿足指標(biāo)的頻率采樣型FIR 濾波器，對(duì)該語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理

7、，比擬濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析。2.1 FIR 濾波器的設(shè)計(jì)FIR(Finite Impulse Response)濾波器3：有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)濾波器，又稱為非遞歸型濾波器，是數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)中最根本的元件，它可以在保證任意幅頻特性的同時(shí)具有嚴(yán)格的線性相頻特性，同時(shí)其單位抽樣響應(yīng)是有限長(zhǎng)的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，F(xiàn)IR濾波器在通信、圖像處理、模式識(shí)別等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。有限長(zhǎng)單位沖激響應(yīng)FIR濾波器有以下特點(diǎn)：(1) 系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)h (n)在有限個(gè)n值處不為零(2) 系統(tǒng)函數(shù)H(z)在|z|0處收斂，極點(diǎn)全部在z = 0處因果系統(tǒng)(3) 結(jié)構(gòu)上主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒(méi)有輸出

8、到輸入的反應(yīng)，但有些結(jié)構(gòu)中例如頻率抽樣結(jié)構(gòu)也包含有反應(yīng)的遞歸局部。把一個(gè)有限長(zhǎng)序列長(zhǎng)度為N點(diǎn)的z變換H (z)在單位圓上作N等分抽樣，就得到H (k)，其主值序列就等于h (n)的離散傅里葉變換H (k)。那里也說(shuō)到用H (k)表示的H (z)的內(nèi)插公式為 (2.1)這個(gè)公式就為FIR濾波器提供了另外一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)由兩局部級(jí)聯(lián)組成。 (2.2)其中級(jí)聯(lián)的第一局部為梳狀濾波器，其結(jié)構(gòu)如下列圖所示： (2.3)圖2-1 梳狀濾波器結(jié)構(gòu)圖第二局部由N個(gè)諧振器組成的諧振柜。它是由N個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)組成，而這每一個(gè)一階網(wǎng)絡(luò)都是一個(gè)諧振器 (2.4) 其結(jié)構(gòu)如下列圖所示：圖2-2 一階諧振器 頻率抽樣型

9、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1)它的系數(shù)H(k)直接就是濾波器在處的頻率響應(yīng)。因此，控制濾波器的頻率響應(yīng)是很直接的。(2)結(jié)構(gòu)有兩個(gè)主要缺點(diǎn)：(a)所有的相乘系數(shù)及H(k)都是復(fù)數(shù)，應(yīng)將它們先化成二階的實(shí)數(shù)，這樣乘起來(lái)較復(fù)雜，增加乘法次數(shù)，存儲(chǔ)量。(b)所有諧振器的極點(diǎn)都是在單位圓上,由決定考慮到系數(shù)量化的影響，當(dāng)系數(shù)量化時(shí)，極點(diǎn)會(huì)移動(dòng)，有些極點(diǎn)就不能被梳狀濾波器的零點(diǎn)所抵消。零點(diǎn)由延時(shí)單元決定，不受量化的影響系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。 (3)將一階網(wǎng)絡(luò)合并為二階網(wǎng)絡(luò)(a)第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)實(shí)系數(shù)的二階網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)閔(n)是實(shí)數(shù)，它的DFT也是圓周共軛對(duì)稱的。 (2.5)因此，可以將第k和第N-k個(gè)諧振器合

10、并為一個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)。 (2.6)(b)第k和第N-k個(gè)諧振器合并為一個(gè)二階網(wǎng)絡(luò)的極點(diǎn)在單位圓內(nèi)，而不是在單位圓上，因而從頻率響應(yīng)的幾何解釋可知，它相當(dāng)于一個(gè)有限Q的諧振器。其諧振頻率為：圖2-3 二階網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 除了共軛復(fù)根外，還有實(shí)根。當(dāng)N=偶數(shù)時(shí)，有一對(duì)實(shí)根，它們分別為兩點(diǎn)。 和 (2.7)當(dāng)N=奇數(shù)時(shí)，只有一個(gè)實(shí)根z=r(k=0，即只有H0(z).(c)修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖N=偶數(shù)圖2-4修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖N=偶數(shù) (2.8)修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖N=奇數(shù)圖2-5修正頻率抽樣結(jié)構(gòu)流圖N=奇數(shù) (2.9)設(shè)計(jì)思路:這種設(shè)計(jì)方法是從頻域進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種方法，首先給定一個(gè)希望逼近的頻率響應(yīng)。 (2

11、.10) 知道H(k)后, 由IDFT定義, 可以用這N個(gè)采樣值H(k)來(lái)惟一確定有限長(zhǎng)序列h(n)，即 (2.11) (2.12) (2.13)內(nèi)插公式: (2.14)式中, ()是內(nèi)插函數(shù) (2.15)四種線性相位的FIR濾波器如下表2-1所示。表2-1 四種線性相位的FIR濾波器逼近誤差及其改良措施這樣設(shè)計(jì)所得到的頻響H(ej)與要求的理想頻響Hd(ej)會(huì)有一定的差異(1)采樣點(diǎn)上濾波器的實(shí)際頻率響應(yīng)是嚴(yán)格地和理想頻率響應(yīng)數(shù)值相等的。(2)但是在采樣點(diǎn)之間的頻響那么是由各采樣點(diǎn)的加權(quán)內(nèi)插函數(shù)的延伸疊加而成的, 因而有一定的逼近誤差， 誤差大小取決于理想頻率響應(yīng)曲線形狀。(3)理想頻率響

12、應(yīng)特性變化越平緩，那么內(nèi)插值越接近理想值，逼近誤差越小。(4)如果采樣點(diǎn)之間的理想頻率特性變化越陡，那么內(nèi)插值與理想值的誤差就越大，因而在理想頻率特性的不連續(xù)點(diǎn)附近，就會(huì)產(chǎn)生肩峰和起伏。濾波器性能的改善:(1)增加過(guò)渡帶采樣點(diǎn),它可以大大減少振蕩，阻帶衰減也可以得到進(jìn)一步改善。一般一點(diǎn)到二點(diǎn)的過(guò)渡帶采樣即可得到滿意的結(jié)果。(2)增加采樣點(diǎn)密度，過(guò)渡帶的寬度與采樣點(diǎn)數(shù)N成反比。但N值意味著或長(zhǎng)度的增加，濾波器運(yùn)算量必然增大4。3設(shè)計(jì)步驟3.1 設(shè)計(jì)流程圖圖3-1 流程圖3.2 錄制語(yǔ)音信號(hào)使用電腦錄音機(jī)錄制一段語(yǔ)音信號(hào)，屬性設(shè)置為8000Hz，8 位單聲道的音頻格式。如圖3.1-2 所示：圖3-

13、2 語(yǔ)音信號(hào)設(shè)置然后在MATLAB 軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread 對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，源程序?yàn)椋簒,fs,bits=wavread(ht.wav)，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)，matlab 實(shí)現(xiàn)得：fs=8000；bits=8。3.3 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析在MATLAB中編寫(xiě)加噪之后時(shí)域，頻域比照?qǐng)D的源程序如下：x,fs,bits=wavread(D:ht.wav); % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound(x,fs,bits); % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(

14、x); % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)度f(wàn)n=2500; % 單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x; y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t); %加噪sound(y,fs,bits); % 應(yīng)該可以明顯聽(tīng)出有鋒利的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換,取幅度譜X=X(1:N/2); Y=Y(1:N/2); % 截取前半局部deltaf=fs/N; % 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf; % 計(jì)算頻譜頻率范圍 運(yùn)行結(jié)果如下列圖所示：圖3-

15、3 加噪前后時(shí)域頻域比照?qǐng)D由圖3.3-1可以看出，在頻域?yàn)?500Hz處參加了一個(gè)單頻噪聲，而參加噪聲之后，時(shí)域的波形出現(xiàn)了明顯失真，通過(guò)聽(tīng)取原聲音信號(hào)x和加噪聲音信號(hào)y，可以明顯聽(tīng)到y(tǒng)語(yǔ)音信號(hào)中有一明顯鋒利噪聲。3.4 濾波器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻濾波器，將單頻信號(hào)濾出去，源程序如下所示：fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=0.5;As=45; % 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu); % 計(jì)算上下邊帶中心頻率fcd fcu，和頻率間隔dfwp=fcd/fs*

16、2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;%設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;wl=2*pi*l/M;T1=0.6025,T2=0.127%過(guò)渡帶的抽樣值NP1=fix(M*fpd/8000);NS1=fix(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M*fpu/8000);%各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2),0.6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,M-2

17、*NP2-5),0.6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,NP1-3); Hdr=1,1,0,0,1,1;%帶阻濾波器的參數(shù)設(shè)置wdl1=fpd*2/fs;wdl2=fsd*2/fs;wdl3=fsu*2/fs;wdl4=fpu*2/fs;%radwdl=0,wdl1,wdl2,wdl3,wdl4,1;k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(iff

18、t(H,M);db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);Hr,ww,a,L=hr_type2(h);程序運(yùn)行結(jié)果如下列圖3.3-2所示：圖3-4 濾波器參數(shù)圖由圖3-4可以看出，濾波器的衰減大于設(shè)定值A(chǔ)s=45,滿足性能指標(biāo)，濾波器的衰減可由增加過(guò)度帶寬來(lái)得到。上圖中的抽樣值M41，因此阻帶的帶寬比擬寬?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)大M值來(lái)使得阻帶的帶寬變窄，但這樣會(huì)使得濾波器的階數(shù)相應(yīng)的增加，使得其結(jié)構(gòu)圖標(biāo)的復(fù)雜，為了是濾波器能到達(dá)相應(yīng)的性能要求，又使得其結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單，最終取M值為41。3.5 信號(hào)濾波處理原程序如下所示：%進(jìn)行濾波處理z=filter(h,1,y); % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)

19、y進(jìn)行濾波Z=fft(z);Z=Z(1:length(Z)/2); % 計(jì)算頻譜取前一半程序運(yùn)行結(jié)果如下列圖3.3-3所示：圖3-5 濾波前后時(shí)域，頻域比照?qǐng)D 頻譜取前一半由上圖3-5可以看出，在濾波之后時(shí)域圖能得到恢復(fù)，頻域圖中的單頻噪聲信號(hào)也的到濾除，說(shuō)明了設(shè)計(jì)的濾波器能濾除參加的噪聲信號(hào)，因此說(shuō)到達(dá)了設(shè)計(jì)的要求。3.6 結(jié)果分析開(kāi)始通過(guò)分析決定設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻的濾波器來(lái)濾除參加的單頻噪聲，根據(jù)噪聲的頻率來(lái)設(shè)計(jì)阻帶的范圍。在采集語(yǔ)音信號(hào)后，按照步驟用頻率采樣法設(shè)計(jì)頻率采樣型濾波器。由圖3-4可知，設(shè)計(jì)的濾波器到達(dá)要求。我們觀察到圖3-5 濾波前后語(yǔ)音信號(hào)的波形比照?qǐng)D，發(fā)現(xiàn)時(shí)域波形中加干擾噪聲后

20、有明顯的變化，不過(guò)經(jīng)過(guò)濾波后幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明設(shè)計(jì)的濾波器到達(dá)要求。再通過(guò)聽(tīng)取原始語(yǔ)音信號(hào)，加噪信號(hào)y，和濾波之后的信號(hào)z。比照之后，發(fā)現(xiàn)濾波器確實(shí)濾除了噪聲。從理想的角度考慮，該帶阻濾波器的阻帶帶寬應(yīng)該可以變得更窄，讓濾波效果更好，但是這樣的采樣值會(huì)變得非常大，考慮到實(shí)際的情況，通過(guò)權(quán)衡之后，決定犧牲帶寬來(lái)使得濾波器的階數(shù)降低，因此在上圖3-5中我們可以看出，在噪聲頻譜左右兩邊的信號(hào)也被濾除了。3.6 濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通過(guò)計(jì)算得出濾波器的系數(shù)如下列圖所示：圖3-6 濾波器系數(shù)根據(jù)以上求出的系數(shù)，利用VISIO軟件來(lái)繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖如下列圖所示：圖3-7 濾波器的結(jié)構(gòu)圖4 出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法

21、在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，由于根底不扎實(shí)，出現(xiàn)了很多問(wèn)題，即有MATLAB軟件操作不當(dāng)，也有知識(shí)掌握程度不夠出現(xiàn)的各種問(wèn)題。1，在一開(kāi)始錄制語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，沒(méi)有修改參數(shù)值，導(dǎo)致頻率抽樣過(guò)高，后在老師的提醒之下將頻率修改為8000hz。2，在調(diào)用音樂(lè)文件時(shí)沒(méi)有將文件放在MATLAB的工作文件夾下面，到時(shí)文件找不到，還有程序中用到的各種函數(shù)都沒(méi)有放入正確的位置。3，在繪制加噪前后頻率比照?qǐng)D時(shí)，留白過(guò)多，比照不明顯，通過(guò)axis函數(shù)對(duì)橫縱坐標(biāo)進(jìn)行限定4，在使用visio軟件繪制濾波器的結(jié)構(gòu)圖時(shí)，沒(méi)有合理規(guī)劃整個(gè)頁(yè)面，導(dǎo)致重新繪制。5，在使用visio繪制結(jié)構(gòu)圖時(shí)，前面濾波器參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)錯(cuò)誤，所以濾波器的系數(shù)發(fā)

22、生了改變，只能重新修改參數(shù)。6，在設(shè)計(jì)濾波器的過(guò)程中，沒(méi)有準(zhǔn)確理解每一條指令代表的含義，導(dǎo)致程序前后不對(duì)應(yīng)，出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，通過(guò)matlab中的錯(cuò)誤提示，準(zhǔn)確找到錯(cuò)誤的那一行代碼，進(jìn)行修改。7，在設(shè)計(jì)濾波器的過(guò)程當(dāng)中，濾波器的衰減小于開(kāi)始所設(shè)置的值，通過(guò)犧牲過(guò)渡帶和調(diào)節(jié)過(guò)渡帶的采樣值，即T1和T2來(lái)使得衰減大于所設(shè)定值A(chǔ)s。8，頻譜圖沒(méi)有進(jìn)行去前半段的處理。9，最后聽(tīng)取濾波后聲音，沒(méi)有將其保存，在請(qǐng)教了同學(xué)之后，學(xué)會(huì)了如何保存濾波后的聲音文件。10，在設(shè)計(jì)濾波器的過(guò)程當(dāng)中，抽樣點(diǎn)數(shù)過(guò)高，是的濾波器的階數(shù)很高，導(dǎo)致繪圖困難。通過(guò)降低抽樣的點(diǎn)數(shù)，來(lái)平衡濾波器階數(shù)和阻帶帶寬之間的矛盾。5 結(jié)束語(yǔ) 這是

23、第三次進(jìn)行課程設(shè)計(jì)了，在前面的課程設(shè)計(jì)當(dāng)中我們學(xué)習(xí)到了如何使用matlab，所以對(duì)于matlab軟件的使用并沒(méi)有那么陌生了，盡管如此，在使用matlab的過(guò)程當(dāng)中還是出現(xiàn)了很多錯(cuò)誤，比方說(shuō)忘記添加函數(shù)文件，參數(shù)前后不對(duì)應(yīng)之類的低級(jí)錯(cuò)誤。在這次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，還學(xué)習(xí)到了另外一個(gè)繪圖軟件，VISIO，相對(duì)而言，是比擬容易操作的，在這次課程設(shè)計(jì)中主要用來(lái)繪制各類結(jié)構(gòu)圖，以及流程圖。此次課程設(shè)計(jì)，讓我更深入的了解到頻率抽樣法以及頻率抽樣型的濾波器，由開(kāi)始的無(wú)從下手，再翻閱書(shū)上的例子，首先決定使用低通的濾波器將噪聲濾除，但由于是參加的是一個(gè)單頻的信號(hào)噪聲，就決定使用帶阻濾波器，在網(wǎng)上查找相關(guān)資料時(shí)，大多是

24、低通濾波器，沒(méi)有帶阻濾波器的例子，所以就通過(guò)書(shū)籍?信號(hào)與系統(tǒng)?上高通的例題來(lái)進(jìn)行修改，當(dāng)然這過(guò)程不是一蹴而就的。經(jīng)過(guò)了一次又一次的錯(cuò)誤，才得出來(lái)最后的模型。還有這也是我和其他同學(xué)一起討論出來(lái)的。這次課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)濾波器的類型有了一個(gè)更加完整了解，在設(shè)計(jì)中也使我對(duì)一些概念有了更深刻的認(rèn)識(shí)。例如：在濾波器分類方面，我深刻的了解了低通，高通濾波器與帶通，帶阻濾波器的特性區(qū)別。還有在課程設(shè)計(jì)中每一次的數(shù)據(jù)輸入都有其重要意義，用MATLAB 編譯程序時(shí)，可以根據(jù)濾波器指標(biāo)的要求實(shí)時(shí)知道對(duì)濾波器的影響。通過(guò)一次次的調(diào)試和權(quán)衡使濾波器的性能到達(dá)最正確。 課程設(shè)計(jì)不僅要求對(duì)濾波器理論的研究，更重要的是培養(yǎng)一種

25、遇到問(wèn)題解決問(wèn)題的思維。因?yàn)橛辛诉@次課程設(shè)計(jì)，我懂得了書(shū)本知識(shí)只是實(shí)際應(yīng)用的理論指導(dǎo)。如果僅僅只學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)，不去在實(shí)踐中運(yùn)用，那只是停留在只知其表，不知其因的層面。比方在數(shù)學(xué)計(jì)算上，可以將噪聲完全濾除，而在這次設(shè)計(jì)中，假設(shè)要完全濾除噪音，濾波器的階數(shù)就會(huì)增高，在現(xiàn)實(shí)生活中是很難實(shí)現(xiàn)的，所以噪聲是不能完全濾除的。課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我相信這次課程設(shè)計(jì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)是很有幫助的，它讓我將理論更好地和實(shí)踐相結(jié)合，提高了動(dòng)手的能力，也填補(bǔ)了自己學(xué)習(xí)上的一些缺乏。這次課程設(shè)計(jì)能取得成功，不僅僅是我一個(gè)人的努力的結(jié)果，更離不開(kāi)指導(dǎo)老師與同學(xué)的幫助，在此向老師和同學(xué)們表示衷心的感謝。參考文獻(xiàn)1 吳鎮(zhèn)揚(yáng)，數(shù)字信號(hào)

26、處理M.高等教育出版社，20042 張圣勤.MATLAB7.0 實(shí)用教程M.北京：機(jī)械工程出版社，20063 程佩青數(shù)字信號(hào)處理教程M北京：清華大學(xué)出版社，20024高西全，丁玉美.數(shù)字信號(hào)處理M. 第三版.西安：西安科大出版社，1994附錄：源程序%程序名稱：ht%程序功能：設(shè)計(jì)一頻率采樣法設(shè)計(jì)的頻率采樣型的濾波器，然后對(duì)一加單憑頻噪聲信號(hào)去噪%程序 賀婷%最后修改日期：2021-3-10 x,fs,bits=wavread(D:ht.wav); % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是每個(gè)樣本的值，fs是生成該波形文件時(shí)的采樣率，bits是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。sound

27、(x,fs,bits); % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放N=length(x); % 計(jì)算信號(hào)x的長(zhǎng)度f(wàn)n=2500; % 單頻噪聲頻率，此參數(shù)可改t=0:1/fs:(N-1)/fs; % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率x=x; y=x+0.1*sin(fn*2*pi*t); %添加噪聲sound(y,fs,bits); % 可以明顯聽(tīng)出有鋒利的單頻嘯叫聲X=abs(fft(x); Y=abs(fft(y); % 對(duì)原始信號(hào)和加噪信號(hào)進(jìn)行fft變換,取幅度譜X=X(1:N/2); Y=Y(1:N/2); % 截取前半局部deltaf=fs/N; % 計(jì)算頻譜的譜線間隔f=0:delt

28、af:fs/2-deltaf; % 計(jì)算頻譜頻率范圍%設(shè)計(jì)濾波器fpd=2400;fsd=2450;fsu=2550;fpu=2600;Rp=0.5;As=45; % 帶阻濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)fcd=(fpd+fsd)/2;fcu=(fpu+fsu)/2;df=min(fsd-fpd),(fpu-fsu); % 計(jì)算上下邊帶中心頻率fcd fcu，和頻率間隔dfwp=fcd/fs*2*pi;ws=fcu/fs*2*pi;dw=df/fs*2*pi; % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數(shù)字頻率M=41;alpha=(M-1)/2;%設(shè)置抽樣點(diǎn)數(shù)l=0:M-1;T1=0.6025,T2=0.

29、127%過(guò)渡帶的抽樣值NP1=fix(M*fpd/8000);NS1=fix(M*fsd/8000);NS2=ceil(M*fsu/8000);NP2=ceil(M*fpu/8000);%各邊界頻率的抽樣值1Hrs=ones(1,NP1-2),0.6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,M-2*NP2-5),0.6025,0.127,zeros(1,NP2-NP1+1),0.127,0.6025,ones(1,NP1-3); k1=0:floor(M-1)/2);k2=floor(M-1)/2)+1:M-1;angH=-alpha*(

30、2*pi)/M*k1,alpha*(2*pi)/M*(M-k2);H=Hrs.*exp(j*angH);h=real(ifft(H,M);%求FIR單位沖擊響應(yīng)db,mag,pha,grd,w=freqz_m(h,1);%幅頻特性曲線Hr,ww,a,L=hr_type2(h);%畫(huà)圖subplot(2,2,1);stem(l,h);title(濾波器單位沖擊響應(yīng));xlabel(n);ylabel(y(n);axis(0 40 -1 1);grid on;subplot(2,2,2);plot(w/pi,pha);title(濾波器相位響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(相位pha

31、);axis(0 1 -4 4);grid on;subplot(2,2,3);plot(w/pi,db);title(濾波器幅度響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(dB);axis(0 1 -50 20);grid on;%畫(huà)線X_l=0,0,wp/pi,ws/pi;1,1,wp/pi,ws/pi;Y_l=-As,-Rp,-50,-50;-As,-Rp,20,20; % 在wp，ws，Rp，As處畫(huà)線以更直觀判斷設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)，每列參數(shù)是每個(gè)線條的端點(diǎn)坐標(biāo)line(X_l,Y_l,Color,r,LineWidth,2,LineStyle,-) % 添加線寬為2的紅色線條subplot(2,2,4);plot(w/pi,mag);title(濾波器幅度響應(yīng));xlabel(w/pi);ylabel(幅度mag);axis(0 1 0 1.2);grid on;%進(jìn)行濾波處理z=filter(h,1,y); % 用設(shè)計(jì)好的濾波器對(duì)x1進(jìn)行濾波Z=fft(z);Z=Z(1:length(Z)/2); % 計(jì)算頻譜取前一半%比擬濾波前后的性能%在同一張大圖里分別繪制原始信號(hào)x，加噪信號(hào)y，濾波去噪信號(hào)z的時(shí)域波形和頻譜，以便比擬和分析。figure(2);subplot(321);plot(t,x);axis tight;grid on;title(原