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1、目目 录录 1 引言.1 2 设计总体方案.2 2.1 设计要求.2 2.2 设计总体方案.2 2.3 设计内容.2 2.4 设计原理.2 3 语音信号的具体实现.4 3.1 语音信号的采集.4 3.2 语音信号的时域分析.4 3.3 语音信号加噪与频谱分析.5 3.4 设计 FIR 和 IIR 数字滤波器 .6 3.5 用滤波器对加噪语音信号进行滤波.10 3.6 比较滤波前后语音信号的波形及频谱.10 4 合成信号的具体实现.14 4.1 合成信号的产生原理.14 4.2 调试分析.14 4.2.1 混合信号分析.14 4.2.2 三种滤波器设计.14 5 MATLAB GUI 的简介.1
2、7 5.1 MATLAB 软件介绍.17 5.2 MATLAB 常用函数简介.18 5.3 设计系统界面.18 5.3.1 系统界面设计工具GUI 概述.18 5.3.2 界面设计及使用说明.18 6 心得体会.21 参考文献.22 附录.23 课程设计说明书课程设计说明书 1 1 引言 随着信息时代、数字世界的到来，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术 领域。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术，处理的内容包括对 数字信号的滤波、变换、频谱分析、检测、估计、压缩、识别等一系列的加工处理。由 于大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从 60 年代末以来数字信号处理理
3、 论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信 号处理。 数字信号处理技术的应用领域非常广泛，主要包括语音信号处理，图像处理，语音 电话（VoIP） ，移动通信，数字通信网络，数码相机，汽车电子，医疗，军事等领域。 其中语音信号处理是数字信号处理中一个很重要的领域。语音信号是基于时间轴上的数 字信号，这里我们主要讨论对语音信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包 含了更多的信息。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
4、、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。 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 是滤波器设计的重要组成部分。利用 MATLAB 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 MATLAB 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 MATLAB 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 FIR 数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和
5、双线性变法设计 IIR 数字 滤波器，并利用 MATLAB 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 MATLAB 信号处理工具箱可以有效快捷 地设计 FIR 和 IIR 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。 数字滤波器是一种对数字信号进行处理的系统，数字滤波器完成数字信号滤波处理 功能，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。它通过一定的运算关 系或电路形式来改变输入信号所包含的频率成分的相对比例或滤出某些频率成分，数字 滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等优点。随着数字技术的发展，用数字技术实 现滤
6、波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。 课程设计说明书课程设计说明书 2 2 设计总体方案 2.1 设计要求 1.设计低通、带通、高通数字滤波器； 2.可以对合成信号（含低频、中频、高频分量） 、语音信号进行滤波； 3.通过 GUI 界面进行控制。 2.2 设计总体方案 掌握用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器及用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的具体 设计方法和原理，观察设计的数字滤波器的幅频特性，了解双线性变换法和窗函数法设 计数字滤波器时的特点。 2.3 设计内容 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 MATLAB 中的随机函数产
7、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 FIR 和 IIR 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。 2.4 设计原理 数字滤波器是指输入、输出均为数字信号，通过数值运算处理改变输入信号所含频 率成分的相对比例，或者滤除某些频率成分的数字器件或程序。 利用模拟滤波器来设计 IIR 数字滤波器是最常见的方法，其设计过程是按照技术要 求设计模拟滤波器，得到其系统函数 Ha(s)，然后经过一定的变换，得到满足要求的数 字滤波器的 H(z)。这种设计方法的优点是模拟滤波器的设计理论很成熟，有很多现成的 公式、表格、图形和曲线可以直接使用，从而使 IIR 数字滤波器的设计变得很简单。 常用的 IIR 滤波器设计方法主要有以下几种： 1. 以模拟滤波器函数为基础的变换法：即先设计一满足指定条件的模拟滤波器 H(s)， 再将该模拟滤波器转化为数字滤波器 H(z)。 2. 直接设计法：在 z 平面内，根据零、极点对系统特性的影响，调整零极点位置得 H(z)。 3. 最优化设计法
