基于MATLAB的数字滤波器设计

目录

1 引言........................................................................................................................................ 1

2 MATLAB 软件简介.................................................................................................................. 2

2.1 MATLAB 概述............................................................................................................... 2

3 系统人机对话界面设计........................................................................................................... 3

3.1 MATLAB GUI 简介........................................................................................................ 3

3.2 GUI 简单使用说明......................................................................................................... 3

3.3 GUI 界面设计................................................................................................................ 3

5 输入信号处理......................................................................................................................... 8

5.1 合成信号....................................................................................................................... 8

5.2 合成信号低通滤波处理.................................................................................................. 9

5.3 合成信号带通滤波处理................................................................................................ 11

5.4 合成信号高通滤波处理................................................................................................ 11

5.5 语音信号的调用.......................................................................................................... 12

5.6 语音信号..................................................................................................................... 13

5.7 语音信号低通滤波处理................................................................................................ 13

5.8 语音信号带通滤波处理................................................................................................ 15

5.9 语音信号高通滤波处理................................................................................................ 16

在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号分析都是基

于滤波器而进行的，而数字滤波器是通过数值运算实现滤波，具有处理精度高、稳定、

灵活、不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊滤波功能。数字滤波

器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应 (IIR)数字滤波器和

有限长冲激响应(FIR)数字滤波器。实现 IIR 滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，

效率高，精度高，而且能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因此应用很广。MATLAB

软件以矩阵运算为基础，把计算、可视化及程序设计有机融合到交互式工作环境中，并

且为数字滤波的研究和应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。尤其是 MATLAB 中

的信号处理工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究与工程应用。

滤波器设计在数字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

界面，简称为 GUI，是由各种图形对象，如图形窗口菜单按钮、文本框等构建的用户界

面。它是用户和计算机之间交流的工具。MATLAB 将所有 GUI 支持的用户控件都集成

在这个环境中并提供界面外观、属性和行为响应方式的设置方法 ,随着版本的提高，这

种能力还会不断加强。而且具有强大的绘图功能，可以轻松的获得更高质量的曲线图。

2.1 MATLAB 概述

MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视

化、 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括 MATLAB 和

SIMULINK 两大 部分 。 MATLAB 是矩 阵实 验室 （ Matrix Laboratory ） 的简 称， 和

Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。

目前， MATLAB 已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如数

MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十

分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷

得多， 并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点，使 MATLAB 成为一个强大的

数学软件。在新的版本中也加入了对 C，FORTRAN ，C++，JAVA 的支持。可以直接调

用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，

此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以

用。

Matlab 是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和

输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以

先编写好一个较大的复杂的应用程序（M 文件）后再一起运行。新版本的 MATLAB 语

示的计算机操作环境用户接口。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用

户来说更为简便易用。GUI 的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，它极大地方

便了非专业用户的使用人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可用用通

过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。

图形用户界面可以减少用户的认知负担；保持界面的一致性；满足不同目标用户的

创意需求；用户界面友好性；图标识别平衡性；图标功能的一致性；建立界面与用户的

互动交流。

应用程序为使用数据而在图形用户界面中设置的基本单元。应用程序和数据在窗口

内实现一体化。在窗口中，用户可以在窗口中操作应用程序，进行数据的管理、生成和

编辑。通常在窗口四周设有菜单、图标，数据放在中央。

进行设计时，首先单击面板左边所需的控件，然后在右边的图形界面编辑区中再次单击

某一恰当位置，这时将在该位上为图形界面添加相应的控件。一个图形界面的完成，除

了设计其外观外，还有相当的一部分是通过属性的设来完成的。因此在设置这些属性

1. 控件风格和外观

(1) BackgroundColor：设置控件背景颜色，使用[R G B] 或颜色定义。

(2) CData：在控件上显示的真彩色图像，使用矩阵表示。

(3) ForegroundColor：文本颜色。

(4) String 属性：控件上的文本，以及列表框和弹出菜单的选项。

2.应用 MATLAB 制作这样一个过程是非常方便的, 我们可以通过 GUI 操作来看到。

3.3 GUI 界面设计

在 Matlab 命令行窗口中输入 Guide 或点击 Matlab 界面上面的菜单中的相应图标，

打开 GUI 设计的图形界面。然后拖入所要的图形控件，按需要修改外观和空间属性，直

至满足要求。设置属性点击 Guide 界面上方的 Run 按钮，会生成一个 fig 文件，一个 m

文件，其中 fig 文件就是界面的图形，m 文件是界面的回调函数，在 m 文件里每个控件

的回调函数都已经自动生成，控件要做的工作就是在文件框架下定义某些特殊要求的状

态并补充完整回调函数场, 使单击控件时激活回调程序完成一定的功能。

首先我们新建一个 GUI 文件：File/New/GUI ，选择 Blank GUI（Default）。其次，

进入 GUI 开发环境，添加好自己需要的控件。填写好相应的代码，运行，单击相应的按