汉宁窗FIR滤波器：语音信号去噪实战与分析

本篇课程设计报告关注的是在《数字信号处理》课程中，针对语音信号滤波去噪的问题，采用了汉宁窗设计的频率采样型FIR滤波器。该任务围绕长沙理工大学计算机与通信工程专业通信工程班级的一名学生进行，目的是通过实际操作，掌握FIR滤波器的设计原理与应用，以及窗口函数如汉宁窗在滤波过程中的重要作用。 学生首先使用麦克风录制一段PCM编码、8K、单声道的语音信号，人为地加入了单频噪声以模拟真实环境中的噪声干扰。通过频谱分析确认噪声添加成功后，他们开始设计FIR滤波器，目标是去除这些噪声，以提高语音信号的质量。设计过程中，学生利用MATLAB语言编程，结合MATLAB 7.0仿真平台进行滤波器的设计和实现，并借助VISIO软件绘制滤波器结构图。 在设计过程中，学生应用了FIR滤波器的频率采样特性，这使得滤波器具有良好的线性相位特性和幅度响应，有助于平滑信号并保持信号的时间域连续性。汉宁窗的选择则是因为其在频率域具有平坦的主瓣和较快的旁瓣衰减，有助于减少混叠效应，从而更有效地去除非所需频率成分。 完成滤波处理后，学生对比了滤波前后语音信号的波形和频谱，观察滤波效果。结果显示，经过滤波处理的信号与原始信号基本一致，录音内容清晰，没有明显噪声残留，证明了设计的FIR滤波器达到了预期的去噪效果。通过这个课程设计，学生不仅巩固了数字信号处理的基础知识，还提升了实际操作技能，增强了分析问题和解决问题的能力。 总结来说，本次课程设计不仅锻炼了学生的编程技能，还让他们了解了滤波器设计在实际语音信号处理中的应用，以及不同窗函数在优化滤波性能中的关键作用。此外，还培养了他们将理论知识与实际项目相结合的能力，为未来在信息技术领域发展打下了坚实基础。