时域频域分析

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1、对录制的语音信号进行采样，分析其时域波形和频谱图。给定数字滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换法设计数字滤波器，并对语音信号进行滤波，得到滤波前后的信号幅频响应。通过对比两种滤波处理结果，简单而有效地论证了两种数字滤波器在语音信号处理上的优势。1语音信号的产生利用Windows下的录音机，录制一段话音，时间控制在6s。在MATLAB软件平台下，利用函数wavrad对语音信号进行采样,记录采样频率和采样点数，利用函数fft得到信号的频谱特性。语音信号的时域波形如图1所示，频谱如图2所示。02♦681012U图1语音信号时域波形1LIC-图2语音信号频域图2数字滤波器设计

2、按照实现的网络结构或单位抽样响应进行分类，数字滤波器可以分成无限长单位冲激响应(IIR)数字滤波器和有限长单位冲激响应(FIR)数字滤波器数字滤波器的性能指标如下：(1)低通滤波器fb=1000Hz,fc=1200Hz,As=100dB,Ap=1dBo(2)高通滤波器fc=4800Hz,fb=5000Hz,As=100dB,Ap=ldBo(3)带通滤波器fbl=1200Hz,fb2=3000Hz,fcl二1000Hz,fc2=3200Hz,As二100dB,Ap=1dB。2.1FIR滤波器FIR滤波器的设计方法有窗函数法、频率取样法、最佳等波纹法等。本文选用窗函数法设计FI

3、R滤波器。窗函数设计法是一种通过截短，用有限长脉冲响应序列來逼近无限长非因果序列。根据所要设计的数字滤波器的性能指标要求采用窗函数设计FIR滤波器的步骤如下：(1)根据最小阻带衰减A要求，选择窗函数类型。(2)根据截止频率、滤波器的类型、最大通带衰减A、最小阻带衰减A以及采样频率，利用MAT-1AB阶次估计函数获得窗函数的参数。⑶利用MATLAB设计加窗有限冲激响应滤波器函数firl设计FIR数字滤波器。(1)通过计算数字滤波器的频率响应函数frqz绘出FIR数字滤波器的频率响应曲线。常用窗函数的性能指标如表1所示。其中，凯泽窗是一种适应性较强的窗，窗函数中的是一个可自由选

4、择的参数，它可以同时调整主瓣宽度与旁瓣电平。因而,改变值就可对主瓣宽度与旁瓣衰减进行选择。由于滤波器指标中没有对主瓣宽度做要求，所以值的确定由最小阻带衰减A决定。表1五种窗函数基本参数比较通带波纹/(1B阻带最小衰减/(B2120±(127-303384±(10868一404538±00274-505658±(100868一606764±Q00275-7()7865±Q000868-808960±Q()0275-901()056±Q(X)()()87-10()表2凯泽窗参数对滤波器性能的影响窗函数窗谱性能指标滤波器性能指标旁瓣峰值/(1B主瓣宽度/(2H/N)阻带最小衰减/

5、(1B矩形窗-132-21三角形窗-254-25汉宁窗-314-44海明窗-414-53凯泽窗P=7.865-576-80凯泽窗参数对滤波器的性能影响如表2所示。首先由kaisrord获得符合滤波器指标要求的凯泽窗阶数、值等参数，然后利用凯泽窗通过firl函数设计FIR滤波器，最后由函数frqz绘出滤波器的频率响应。程序的主要部分如下：[N,Wn,bta,ftyp]二kaisrord(fcuts,mags,dvs,fs):%求滤波器的阶数N、h=firl(N,Wn,ftyp,kaisr(N+1,bta));%使用二bta的kaisr窗设计FIR滤波器frqz(h,1,512

6、,fs);%绘出频率响应曲线设计的FIR低通滤波器如图3所示,FIR高通滤波器如图4所示,FIR带通滤波器如图5所示。Vialc*p4BSKastrHhr2000

7、y(Rz)-1®000minnFrequ6rKy(fe)800)图5N=707FR带通滤波器D?苣邕asJe.d2TCO设计的IIR低通滤波器如图6所示，IIR高通滤波器如图7所示，IIR带通滤波器如图8所示。从滤波器的频率响应可以看出，设计的FIR滤波器和IIR滤波器均满足滤波器的指标要求。不同的是，满足相同滤波器指标要求下，两种滤波器的阶数不同，FIR滤波器的阶数N远远大于IIR滤波器的阶数N。此外,在通带范围内，FIR滤波器具有严格的线性相位关系，而IIR是非设计的IIR低通滤波器如图6所示，IIR高通滤波器