数字滤波器matlab源代码

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摘要

滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位， 数字滤波器和  滤波器是滤波

器设计的重要组成部分。利用  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  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 

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  数字滤波器，

用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计  数字滤波器，并利用 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

 信号处理工具箱可以有效快捷地设计  和  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。

关键词 数字滤波器 窗函数法巴特沃斯切比雪夫双线性变换

1. 绪论

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。

数字滤波器是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，

受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理

精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实

现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域

特性，可分为两种，即有限冲激响应，滤波器和无限冲

激响应，滤波器。

滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数在处

收敛，极点全部在  处（因果系统），因而只能用较高的阶数达到高的选择性。

数字滤波器的幅频特性精度较之于数字滤波器低，但是线性相位，就是不同频率

分量的信号经过滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。数字滤波器是有

限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时

的信号处理很重要。 滤波器因具有系统稳定，易实现相位控制，允许设计多通带（或

多阻带）滤波器等优点收到人们的青睐。

滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。滤波器运算结构通常由延

时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四

种结构形式，都具有反馈回路。同时，数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤

波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，

在设计一个数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定

的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。

滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。随着  软件及

信号处理工具箱的不断完善， 很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件。它

可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量有利于滤波器

设计的最优化。

2. 工程设计的主要内容

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  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  和  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。

3．工程设计的具体实现

3.1 对语音信号特点的分析

3.1.1 语音的定义

语音是人类发音器官发出的、具有一定意义的、能起社会交际作用的声音。能够代表

一定的意义，这是语言的声音同自然界其他一切声音的本质区别。

人体外的声音自不必说如钟声、风声、动物叫声、机器声，就是人的发音器官发出

的声音，也并非都是语言。f如打喷嚏、打嗝儿、打哈欠、咳嗽等等，虽然也传递出了某种

信息─病了，饱了，困了或是醒了，但声音的发出不是为了交际，而是人体本能的生理反

映；又如吹口哨、口技演员的表演、哭、笑等等，这些声音的发出是有目的的，是一定的

心理活动的表现，不是单纯的生理现象，但声音同意义之间没有固定的结合关系，不能成

为代表意义的声音符号，只能表示情绪，展示技巧。以上这些声音都不是语言。

语言的声音同它所代表的意义是相互依存的统一体，一方面，发音器官发出的声音必

须同意义紧密结合、成为一定意义的代表，才能成为语音；另一方面，意义必须借助声音

才能成为可被人感知、被人接受的东西，没有声音，意义便无法表达出来。

语音是一种具有多重属性的声音。首先，它同自然界其他声音一样，是由物体振动产

生声波而形成的一种自然现象，所以它具有物理的属性方面的自然属性。语言又是人类的

生理现象，发音是人体器官的动作。因此，它同时具有生理属性。作为语言这一特殊社会

现象的物质基础，语音又具有社会属性，这是语音的本质属性。我们在分析语音现象的时

候，这三种属性都会涉及到。

3.1.2 语音信号的特点

语音的声波频率。声压变化可以是周期性的和非周期性声音信号一般由许多频率不同

的信号组成，称为复合信号；而单一频率的信号称为分量信号

3.1.3 根据语音信号的特点设计滤波器的技术指标

接下来，我们根据语音信号的特点给出有关滤波器的技术指标：

 低通滤波器的性能指标：

， !，"#"

$ 高通滤波器的性能指标：

%&， '，"，"；

( 带通滤波器的性能指标：

!，!%)*， ， !%!，"，

"

3.2 MATLAB 的特点

++#是,和+-的缩写，是由+)./公司开发的一套用于科学

工程计算的可视化高性能软件，是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统，应用广泛。

 的主要特点如下：

程序的可移植性良好应用于其他程序。

!程序限制宽泛，程序设计自由。有大量已经系统定义的函数可直接应用，并且能

够用户自定义函数。

%语言简洁，使用灵活方便，库函数相当丰富。

'源程序向大众开放。用户可灵活的对源文件进行修改以及加入自己的设计语音构

成新的工具箱。

&最后  的一个重要特点是功能强大的工具箱。 包含两个重要的部

分：核心部分和各种可选的工具箱。

3.3 语音信号采集及加噪声处理

3.3.1 语音信号的采集

利用中的“.+0+"1命令来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。

再对其进行采样，记住采样频率和采样点数。下面介绍2+0+"函数几种调用格式。

（）-.+0+"（）

功能说明：读取  所规定的 .+0 文件，返回采样值放在向量 - 中。

（!）3-#4.+0+"

功能说明：采样值放在向量 - 中， 表示采样频率（)）， # 表示采样位数。

（%）-.+0+"（，5）

功能说明：读取前 5 点的采样值放在向量 - 中。

（'）-.+0+"（，355!4）

功能说明：读取从 5 到 5! 点的采样值放在向量 - 中。

接下来，对语音信号 678课程设计8)9.+0 进行采样。其程序如下：

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易央

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