基于Mat I ab的滤波器设计

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1、基于Mat I ab的滤波器设计摘要：MATLAB语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言,MATLAB功 能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。特别是MATLAB还具有信 号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。 信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的体现，做了如下了的设计内容：录 制或选取一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时 域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画 出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波

2、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；回放语音信号；最 后，设计一个信号处理系统界面。关键词：MATLAB,语音信号处理，滤波器设计AbstractMATLAB language is a widely used in engineering calculation and numerical analysis domain new languages, and MATLAB powerful functions, easy to operate, programming, high efficiency, favored by the vast number

3、of scientific and technical workers welcome. Especially MATLAB also has signal analysis toolbox, without the need to have strong ability of programming, it can be easily signal analysis, processing and design.In order to the student to the signal collection, processing and transmission, display and

4、storage, etc have a system of mastery and understanding, meticulously arranged curriculum design of content: making a video personal own voice signal, and then the recording of signal sampling, Draw after speech signal sampling time domain waveform and spectrum diagrams, Given filter performance ind

5、ex, the window function method and bilinear transformation design filter, and draw the filter frequency response, Then use the design of your own filters to sampled signal for filter and draw the filtered signal waveform and spectrum, and time domain to filter the signal, compared before and after t

6、he analysis of signal changes, Playback speech signal, Finally, design a signal processing system interface.Keywords: MATLAB, the speech signal processing目录1. 前言31. 1研究背景31.2研究的目的与意义32 MATLAB 简介42. 1. IMatlab 的特点42. 1.2Matlab 的功能42. 2滤波器52. 2. 1滤波器52. 2. 2滤波器原理63 滤波器的设计73. 1 F1R滤波器的设计73. 1. 1FIR滤波器的

7、特点73. 1.2窗函数发设计FIR滤波器73. 1.3FIR低通滤波器83. 1.4FIR高通滤波器103. 1.5FIR带通滤波器113.2 IIR滤波器的设计133. 2. 1IIR滤波器的特点133. 2.2双线性法设计IIR数字滤波器133. 2.3IIR低通滤波器143. 2.4高通滤波器153. 2.5带通滤波器174. 语音信号的处理194. 1主耍函数介绍194.2仿真195总结与展望21参考文献22致谢221刖s1.1研究背景当今，数字信号处理1 (DSP： Digtal Signal Processing)技术正飞速发展，它不 但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其

8、他学科：它与国民经济息息相关，与国 防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们普遍的关注。数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智1能化和网络化 的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信 号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机 械振动信号、遥感遥测信号，等等。数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支2-3 o无论是信号的获取、传 输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至 关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤

9、波器了。数字滤波器 的优劣直接决定产品的优劣。MATLAB是美国Math works公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件 环境。MATLAB为数字滤波器的研究与应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵 运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。皿TLAB退出 的工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究、工程应用，其中的信号处 理、图像处理、小波等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。1.2研究的目的与意义儿乎在所有的丁程技术领域中都会涉及到信号的处理问题，其信号表现形式有电、磁、 机械以及热、光、声等。信号处理的冃的一般是对信

10、号进行分析、变换、综合、估值与识 别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际 是信号处理的首要任务。数字滤波器，在数字信号处理中有着广泛的应用，因此，无论是在理论研究上还是在 如通讯、HDTV(高清晰度电视)、雷达、图象处理、数字音频等实际应用上都有着美好的技 术前景和巨大的实用价值。基T mat lab实现数字滤波设计，可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的 特性，因此我们有必耍对滤波器的设计方法进行研究，理解其T作原理优化设计方法，设 计开发稳定性好的滤波器系统。掌握滤波器的设计技术和原理能为在通信领域、信号处理 领域等诸多领域中对数字滤波器的设计

11、提供技术和准备，这不仅具有重耍的理论意义同时 还具有重耍的现实意义。2 MATLAB简介Mat lab是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的意思，是由美国MathWorks公司于1982 年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图 形显示于一体。在Mat lab内部配备了涉及到自动控制、信号处理和计算机仿真等种类繁多的T具箱，所 以Mat lab的应用非常广泛，它可涉足于数值分析、控制、信号分析和通信等多种领域。 Matlab不仅可完成基木代数运算操作，而H还可完成矩阵函数运算,提供丰富的实用函数 命令。另外，用户还可以根据自己的需耍编写函数。

12、MATLAB的信号处理工具箱是专门应用于信号处理领域的专用工具箱，它的两个基本组 成就是滤波器的设计与实现部分以及谱分析部分。工具箱提供了众多功能强大的函数，使 原来繁琐的程序设计简化成函数的调用。只耍以止确的指标参数调用相应的滤波器设计程 序或工具箱函数，便可以得到正确的设计结果，使用非常方便。2. 1. IMatlab的特点一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不 同于其他语言的特点，正如同F0RTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件 资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB,利用其丰富的函数资源，使编 程人员从繁琐的程序代码中

13、解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的, 符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带來的是最 直观，最简洁的程序开发环境。2. 1.2Matlab 的功能MATLAB包含的内容非常丰富，功能强大，可以概括为以下儿个方面：(1) 可以在多种操作系统下运行，如 DOS、Windows 95/98/2000/2000/NT Compaq Alpha LinuxSun Solaris 等。(2) 有超过500种的数学、统计、科学及工程方面的函数，使用简单快捷，并且有 很强的用户自定义函数的能力。(3) 有强大的图形绘制和可视化功能，

14、可以进行视觉数拥处理和分析，进行图形、 图像的显示及编辑，能够绘制二维、三维图形，使用户可以制作高质量的图形，从而写出 图文并茂的文章。(4) 有和用其他高级语言(如C, C+, FORTRAN, JAVA)编写的外部程序相接口的能 力，也可把MATLAB程序转换成上述高级语言的子程序。（5）有从外部文件及外部硬件设备读入数拯的能力。（6）有丰富的网络资源，从相关的Web网站可以直接获得全套的MATLAB联机帮助文 件和说明书的电子文档，还可以获得各类技术支持与帮助。（7）有丰富的工具箱（toolbox） c各个领域的专家学者将众多学科领域中常用的算 法编写为一个个子程序，即m文件，这些m文件

15、包含在一个个工具箱中。其T具箱可以分 为两大类，即功能性工具箱和科学性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充MATLAB的符号 计算、图形可视化、建模仿真、文字处理等功能以及与硬件实时交互的功能。学科性工具 箱是按学科领域来分类的，如信号处理、控制、通信、神经网络图像处理、系统辨识、鲁 棒控制、模糊逻辑、小波等工具箱。可以看岀MATLAB是一个功能十分强大的系统，是集数值计算、图形管理、程序开发 为一体的环境。除此Z外，MATLAB还具有很强的功能扩展能力，与它的主系统一起，可以 配备各种各样的工具箱，以完成一些特定的任务。用户可以根据自己的工作任务，开发自 己的工具箱。在国际学术界，MATLAB已

16、经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许 多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。在设计 研究单和工业部Il, MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW, Cadence公司信号和通信分析设计软件 SPW等，或者直接建筑在MATLAB Z上，或者以MATLAB为主耍支撑。2.2滤波器2. 2. 1滤波器滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的交流 电。您可以通过基本的滤波器积木块-二阶通用滤波器传递函数，推导出最通用的滤波 器类型：低通、带通、高通、帯阻和椭圆型滤波器。