唐山学院MATLAB合成信号,语音信号数字滤波器设计.doc

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1、课程设计说明书目录1引言12设计总体方案22.1设计要求22.2设计总体方案22.3设计内容22.4设计原理23语音信号的具体实现43.1语音信号的采集43.2语音信号的时域分析43.3语音信号加噪与频谱分析53.4设计FIR和IIR数字滤波器63.5用滤波器对加噪语音信号进行滤波103.6比较滤波前后语音信号的波形及频谱104合成信号的具体实现144.1合成信号的产生原理144.2调试分析144.2.1混合信号分析144.2.2三种滤波器设计145MATLABGUI的简介175.1MATLAB软件介绍175.2MATLAB常用函数简介185.3设计系统界面185.

2、3.1系统界面设计工具—GUI概述185.3.2界面设计及使用说明186心得体会21参考文献22附录2329课程设计说明书1引言随着信息时代、数字世界的到来，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术，处理的内容包括对数字信号的滤波、变换、频谱分析、检测、估计、压缩、识别等一系列的加工处理。由于大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。数字信号处理技术的应用领域非常广泛，主要包括语音信号处理，图

3、像处理，语音电话（VoIP），移动通信，数字通信网络，数码相机，汽车电子，医疗，军事等领域。其中语音信号处理是数字信号处理中一个很重要的领域。语音信号是基于时间轴上的数字信号，这里我们主要讨论对语音信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包含了更多的信息。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。滤波器设计在数字

4、信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MA

5、TLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。数字滤波器是一种对数字信号进行处理的系统，数字滤波器完成数字信号滤波处理功能，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。它通过一定的运算关系或电路形式来改变输入信号所包含的频率成分的相对比例或滤出某些频率成分，数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等优点。随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。29课程设计说明书2设计总体方案2.1设计要求1.设计低通、带通、高通数字滤波器；2.可以对合成信号（含低频、

6、中频、高频分量）、语音信号进行滤波；3.通过GUI界面进行控制。2.2设计总体方案掌握用双线性变换法设计IIR数字滤波器及用窗函数法设计FIR数字滤波器的具体设计方法和原理，观察设计的数字滤波器的幅频特性，了解双线性变换法和窗函数法设计数字滤波器时的特点。2.3设计内容选择一个语音信号作为分析的对象，或录制一段各人自己的语音信号，对其进行频谱分析；利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析；设计FIR和IIR数字滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号；最后，设计一个信号

7、处理系统界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型。2.4设计原理数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。利用模拟滤波器来设计IIR数字滤波器是最常见的方法，其设计过程是按照技术要求设计模拟滤波器，得到其系统函数Ha(s)，然后经过一定的变换，得到满足要求的数字滤波器的H(z)。这种设计方法的优点是模拟滤波器的设计理论很成熟，有很多现成的公式、表格、图形和曲线可以直接使用，从而使IIR数字滤波器的设计变得很简单。常用的IIR滤波器设计方法主要有以下几种：1.以模拟滤波器函