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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

Matlab

语音信号

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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。

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第二篇：



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 x1

3．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　fp＝1000Hz, fs＝1200Hz, As＝40dB, Ap＝1dB。

(2)高通滤波器性能指标　fs＝4000Hz, fp＝4300Hz, As＝40dB, Ap＝1dB

(3)带通滤波器性能指标　fp1＝1200 Hz, fp2＝3 000 Hz, fs1＝1000 Hz, fs2＝3200 Hz, As＝40dB,

Ap＝1dB。

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=1000;

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');

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