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1、课程设计(论文)题 目 名 称 基于IIR的语音信号滤波 课 程 名 称 专业课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 指 导 教 师 2014年 5 月 2 日24目录摘 要3Abstract31 绪论51.1 DSP的基本原理51.2 DSP芯片的基本结构，原理和功能52 设计的总体方案73 设计原理83.1 接口电路的原理图83.2 IIR滤波器的基本结构83.3 双线性变换法84 设计步骤和过程104.1 IIR数字滤波器的设计104.2 IIR滤波器的MATLAB设计104.3 IIR滤波器的DSP实现115 设计程序的调试结果和运行结果146 心得体会177 参考文献188
2、附录19摘 要文章介绍了利用双线性变换法设计IIR数字低通滤波器的基本思想与步骤，并且把理论与实践现结合，通过录取一段语音，利用MATLAB软件分析语音信号频谱，确定指标设计滤波器，编写程序设计滤波器，对语音信号进行滤波处理，从而达到消除高频噪音，使语音更加纯净的效果。语音信号的数字滤波就是利用快速傅里叶变换FFT对语音信号进行频谱分析，利用分析得到的指标设计数字滤波器，将不需要的部分通过设计好的数字滤波器滤除掉，以达到优化语音的目的。滤波器有多种，本次设计的是IIR数字低通滤波器，IIR数字滤波器幅频特性精度很高，不是线性相位的。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
3、椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，其设计工作量比较小，对计算工具的要求不高。由于对语音信号的延时效果没有限制，因此在相对FIR数字滤波器设计较为复杂，成本较高的基础上选择IIR数字低通滤波器是十分理想的。IIR数字滤波器是借助于模拟滤波器的设计方法进行的，为了避免设计的过程中由脉冲响应不变法带来的频谱混叠想象，可以通过采用双线性变换法进行设计。下面从先介绍IIR数字低通滤波器设计的基本流程开始，然后通过一个从取语音信号到最终语音信号的滤波结束的实例，在此过程中重点阐述通过分析语音信号的频谱，更具分析结果，制定指标，设计滤波器，最终达到由理论到实践，实践中得体会的学习目的。关键词：MAT
4、LAB；频谱分析；IIR数字低通滤波器；双线性变换法；语音信Abstract This paper introduces the use of bilinear transform design IIR digital low- pass filter with the basic idea of the steps , and the combination of theory and practice now , by the admission of a voice , using MATLAB software to analyze voice signal spectrum , id
5、entify indicators designed filters, write program design filter , filtering the speech signal processing , so as to eliminate high frequency noise , making speech more pure effect. Digital filtering of the speech signal is to use a fast Fourier transform (FFT) spectral analysis of the speech signal
6、, a digital filter design using the index obtained in the analysis , the unnecessary portion by a digital filter designed to filter out in order to optimize voice purposes. There are a variety of filters , this design is a digital low-pass filter IIR , IIR digital filter frequency characteristics hi
7、gh precision, not linear phase . In the design of analog filters can help mature the fruits , such as Butterworth, Chebyshev and Elliptic filters , etc., have an existing design data or charts to be investigated , the design work is relatively small, no request for computational tools high . Because
8、 of the speech signal delay effect is not limited, so the relative FIR digital filter design is more complex, higher-cost choice based on IIR digital low -pass filter is ideal . IIR digital filter by means of an analog filter design methods , in order to avoid the process of designing the same respo
9、nse brought by the pulse method aliasing imagination, can be designed by using the bilinear transform . The following describes the basic process from the first low-pass IIR digital filter design begins , and then take the instance of the speech signal through a final filter from the end of the spee
10、ch signal , in this process focuses on the analysis of the speech signal spectrum , more analysis , development of indicators , designed to filter , and ultimately achieve the purpose of learning from theory to practice, practice, get to understand.Keywords: MATLAB; spectral analysis; IIR digital lo
11、w-pass filter; bilinear transform; voice signal1 绪论1.1 DSP的基本原理 数字信号处理（简称DSP）是一门涉及多门学科并广泛应用于很多科学和工程领域的新兴学科。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字的形式对信号进行分析、采集、合成、变换、滤波、估算、压缩、识别等加工处理，以便提取有用的信息并进行有效的传输与应用。数字信号处理是以众多学科为理论基础,它所涉及的范围极其广泛。如数学领域中的微积分、概率统计、随机过程、数字分析等都是数字信号处理的基础工具。它与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等密切相关。 DSP可以代表数
12、字信号处理技术（Digital SignalProcessing）,也可以代表数字信号处理器（Digital Signal Processor）。前者是理论和计算方法上的技术,后者是指实现这些技术的通用或专用可编程微处理器芯片。 数字信号处理包括两个方面的内容: 1. 算法的研究 2数字信号处理的实现 数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用
13、。 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。1.2 DSP芯片的基本结构，原理和功能 数字信号处理器（DSP）是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，主要用于实时快速实现各种数字信号处理的算法。 数字信号处理不同于普通的科学计算与分析，它强调运算的实时性。除了具
14、备普通微处理器所强调的高速运算和控制能力外,针对实时数字信号处理的特点,在处理器的结构、指令系统、指令流程上作了很大的改进,其主要特点如下：(1) 冯诺伊曼（Von Neuman）结构 该结构采用单存储空间，即程序指令和数据共用一个存储空间，使用单一的地址和数据总线，取指令和取操作数都是通过一条总线分时进行。 当进行高速运算时，不但不能同时进行取指令和取操作数，而且还会造成数据传输通道的瓶颈现象，其工作速度较慢。（2）哈佛（Harvard）结构 该结构采用双存储空间，程序存储器和数据存储器分开，有各自独立的程序总线和数据总线，可独立编址和独立访问，可对程序和数据进行独立传输，使取指令操作、指令执行操作、数据吞吐并行完成，大大地提高了数据处理能力和指令的执行速度，非常适合于实时的数字信号处理。微处理器的哈佛结构如图2所示。 （3）改进型的哈佛结构 改进型的哈佛结构是采用双存储空间和数条总线，即一条程序总线和多条数据总线。其特点如下： 允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据,使这些数据可以由算术运算指令直接调用,增强芯片的灵活性； 提供了存储指令的高速缓冲器（cache）和相应的指令,当重复执行这些指令时,只需读入一次就可连续使用，不需要再次从程序存储器中读出,从而减少了指令执行作需要的时间。如：TMS320C6200系列的DSP,整个片内程序存储器都可以配制成高速缓冲结构。
