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基于matlab的数字滤波器设计及其对语音信号的应用.doc

资源ID：1946212 资源大小：77KB 全文页数：14页
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基于matlab的数字滤波器设计及其对语音信号的应用.doc

1、题目2：基于Matlab的数字滤波器设计及其对语音信号的应用一课程设计的目的：1掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法； 3掌握在Windows环境下语音信号采集以及时域、频域分析；4学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法；5学会用MATLAB对信号进行分析和处理。二课程设计内容：1录制一段自己的语音信号,对录制的信号进行采样;2画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;3给定滤波器的性能指标,采matlab设计数字滤波器,并画出滤波器的频率响应;4用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和

2、频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化;5回放语音信号。三.滤波器设计方法综述：(1)直接设计数字滤波器(2)脉冲相应不变法(3)双线性变换(4)使用matlab6下的Filter Designed Tool3利用Matlab设计数字滤波器的方法：设计思路：首先将数字高通滤波器的技术指标转化为模拟滤波器的技术指标，再采用Buttetworth逼近的方法求得其系统函数H(S)，再利用冲激响应不变法将模拟滤波器的系统函数H(s)变为相应的数字滤波器的系统函数H(Z)，然后用MATALB进行仿真，然后确定数字滤波器的结构。四.设计任务及步骤：1.语音信号的采集方法一：通过开始程序附件娱乐录

3、音机,录制一段自己的话音。方法二：或利用老师给的语音，在Matlab软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。函数：wavrecord(2*fs,fs)程序如下：y,fs,bite=wavread(1.wav);sound(y)wavrecord(2*fs,fs);fft(y);Y=fft(y);fp=1000;fr=1200;as=40;ap=1;N, Wn = BUTTORD(2*fp/fs, 2*fr/fs, ap, as);B,A = BUTTER(N,Wn);2语音信号的频谱分析要求画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的

4、频谱特性。fft程序如下：y,fs,bite=wavread(1.wav);sound(y);Y=fft(y);mag=abs(Y); phase=angle(Y);phase=phase*180/pi;dB=20*log10(abs(Y)+eps);t=(0:length(y)-1)/fs;figure(1)subplot(221);plot(t,y);title(波形图);xlabel(时间(s);ylabel(幅度);f=(1:length(Y)*fs/length(Y);subplot(222);plot(f,mag);title(幅度谱);xlabel(频率(Hz);ylabel(频

5、谱幅度);subplot(223);plot(f,phase);title(相位谱);xlabel(频率(Hz);ylabel(频谱相位);subplot(224);plot(f,dB);title(对数幅度谱);xlabel(频率(Hz);ylabel(频谱幅度(dB);x1=wavread(f:s1.wav); %读取语音信号的数据，赋给变量x13设计数字滤波器，画出其频率响应曲线各滤波器的性能指标：(1)低通滤波器性能指标fp1000Hz, fs1200Hz, As40dB, Ap1dB。(2)高通滤波器性能指标fs4000Hz, fp4300Hz, As40dB, Ap1dB(3)带通

6、滤波器性能指标fp11200 Hz, fp23 000 Hz, fs11000 Hz, fs23200 Hz, As40dB, Ap1dB。要求：(1)频率变换法设计IIR滤波器：可以利用函数butter、cheby1、cheby2和ellip等设计。(2)(选做)设计IIR滤波器：用双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。bilinear(3)(选做)设计FIR滤波器：用窗函数法设计上面要求的3种滤波器。可以利用函数fir1设计FIR滤波器。(4)函数freqz画出各滤波器的频率响应。低通滤波器：1(频率变换法设计IIR滤波器)butter函数y,fs,bit=wavread(1);fp=1

7、000;fr=1200;ap=1;as=40;n,fn= buttord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=butter(n,fn);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(butter低通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(

8、FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);2(频率变换法设计IIR滤波器)cheby1函数y,fs,bit=wavread(1);fp=1000;fr=1200;ap=1;as=40;n,fn=cheb1ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby1(n,ap,fn);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(cheby1低通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);ti

9、tle(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);3(频率变换法设计IIR滤波器)cheby2函数y,fs,bit=wavread(1);fp=1000;fr=1200;ap=1;as=40;n,fn=cheb2ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby2(n,ap,fn);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),a

10、bs(h);title(cheby2低通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);得出来的信号波形如下：4(频率变换法设计IIR滤波器)ellip函数y,fs,bit=wavread(1);fp=1000;fr=1200;ap=1;as=40;n,fn=ellipord(fp/(fs/2),fr/(fs

11、/2),ap,as,z);b,a=ellip(n,ap,as,fn);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(ellip低通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);高通滤波器：1(频率变换法设计IIR滤波

12、器)butter函数y,fs,bit=wavread(1);fp=4300;fr=4000;ap=1;as=40;n,fn= buttord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=butter(n,fn,high);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(butter高通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(I

13、IR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);2(频率变换法设计IIR滤波器)cheby1函数y,fs,bit=wavread(1);fp=4300;fr=4000;ap=1;as=40;n,fn=cheb1ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby1(n,ap,fn,high);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(cheby1高通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b

14、,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);3(频率变换法设计IIR滤波器)cheby2函数y,fs,bit=wavread(1);fp=4300;fr=4000;ap=1;as=40;n,fn=cheb2ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby2(n,ap,fn,high);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plo

15、t(w*fs/(2*pi),abs(h);title(cheby2高通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);4(频率变换法设计IIR滤波器)ellip函数y,fs,bit=wavread(1);fp=4300;fr=4000;ap=1;as=40;n,fn=ellipord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);

16、b,a=ellip(n,ap,as,fn,high);freqz(b,a);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(ellip高通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);带通滤波器：1y,fs,bit=wavread(1);fp1=1200;fr1=1000;

17、fp2=3000;fr2=3200;ap=1;as=40;fp=fp1,fp2;fr=fr1,fr2;n,fn=buttord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=butter(n,fn);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(butter带通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224)

18、;plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);2y,fs,bit=wavread(1);fp1=1200;fr1=1000;fp2=3000;fr2=3200;ap=1;as=40;fp=fp1,fp2;fr=fr1,fr2;n,fn=cheb1ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby1(n,ap,fn);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(cheby1带通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plo

19、t(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);3y,fs,bit=wavread(1);fp1=1200;fr1=1000;fp2=3000;fr2=3200;ap=1;as=40;fp=fp1,fp2;fr=fr1,fr2;n,fn=cheb2ord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,z);b,a=cheby2(n,ap,fn);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs

20、(h);title(cheby2带通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);4y,fs,bit=wavread(1);fp1=1200;fr1=1000;fp2=3000;fr2=3200;ap=1;as=40;fp=fp1,fp2;fr=fr1,fr2;n,fn=ellipord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,

21、z);b,a=ellip(n,ap,as,fn);h,w=freqz(b,a);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(ellip带通滤波);y1=filter(b,a,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);窗函数1.低通y,fs,bit=wavread(1);fr=1000;wr=2*pi*fr;Window=boxca

22、r(8);b=fir1(7,fr/(fs/2),Window);h,w=freqz(b,1);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(低通滤波);y1=filter(b,1,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);2.带通y,fs,bit=wavread(1);fr=1000;fp=3000

23、wr=2*pi*fr;Window=blackman(16);b=fir1(15,fr/(fs/2),fp/(fs/2),Window);h,w=freqz(b,1);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(带通滤波);y1=filter(b,1,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);3.

24、高通y,fs,bit=wavread(1);fr=3000;wr=2*pi*fr;Window=boxcar(8);b=fir1(7,fr/(fs/2),high);h,w=freqz(b,1);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(低通滤波);y1=filter(b,1,y);y2=fftfilt(b,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound

25、(y1,fs,bit);双线性变换1.用双线行变换butter低通滤波y,fs,bit=wavread(1);fp=1000;fr=1200;wp=(fp/fs)*2*pi;ws=(fr/fs)*2*pi;OmegaP=2*fs*tan(wp/2);OmegaS=2*fs*tan(ws/2);ap=1;as=40;N,Wn=buttord(OmegaP,OmegaS,ap,as,s); %选择滤波器的最小阶数b,a=butter(N,Wn,s);bz,az=bilinear(b,a,fs);h,w=freqz(bz,az);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h

26、);title(butter低通滤波);y1=filter(bz,az,y);y2=fftfilt(bz,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);2.用双线行变换butter高通滤波y,fs,bit=wavread(1);fp=1000;fr=1200;wp=(fp/fs)*2*pi;ws=(fr/fs)*2*pi;OmegaP=2*fs*tan(wp/2);Omeg

27、aS=2*fs*tan(ws/2);ap=1;as=40;N,Wn=buttord(OmegaP,OmegaS,ap,as,s); %选择滤波器的最小阶数b,a=butter(N,Wn,high,s);bz,az=bilinear(b,a,fs);h,w=freqz(bz,az);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(butter低通滤波);y1=filter(bz,az,y);y2=fftfilt(bz,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波

28、后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);3.用双线行变换butter带通滤波y,fs,bit=wavread(1);fp1=1200;fr1=1000;fp2=3000;fr2=3200;fp=fp1 fp2;fr=fr1 fr2;wp=(fp/fs)*2*pi;ws=(fr/fs)*2*pi;OmegaP=2*fs*tan(wp/2);OmegaS=2*fs*tan(ws/2);ap=1;as=15;N,Wn=buttord(OmegaP,OmegaS,ap,as,s); %选择滤波器的最小阶数b,a=b

29、utter(N,Wn,s);%b1,a1=lp2bp(b,a,sqrt()bz,az=bilinear(b,a,fs);h,w=freqz(bz,az);subplot(221);plot(w*fs/(2*pi),abs(h);title(butter低通滤波);y1=filter(bz,az,y);y2=fftfilt(bz,y);subplot(222);plot(y);title(原始语音信号);subplot(223);plot(y1);title(IIR滤波后语音信号);subplot(224);plot(y2);title(FIR滤波后语音信号);sound(y1,fs,bit);

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