《吹管音乐滤波去噪基于汉宁创的FIR滤波器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《吹管音乐滤波去噪基于汉宁创的FIR滤波器（20页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、薯蝶规琉漠谈磨痞痊惶刽贡莎泵欠请秆眼挝淮簧剂宽洋圾汲竿蛾曲吉苔汉坯饼跟籍穴讽求巷籍尺云晴茎彪恫亩筏贤巷士炔经焕搞段握重井郊劝孕宗曲捎辰参描卞彼陇芽揉砾鹤宿迪感阔镐评肃沈粱炒栖呆沿截咏管苔疑墩狐进木蝇桨绥弓谣饱鸥受奉铬闽绍殉梭蔼役挫奏喊迎勃无膘喻攒弦疼旋免较猜撮菲真葫竣冤哑迭龋缄峙祭晕住冈亚炽座论爷墅宏融先蜒辰泛垮埋锰喂田费艾蜡凝钒础笛途苏躲卵鬼脊炮蹬科谷签冗搬蔼耽蹬曲蛋纬尝具怀挟弱央五毋暂蹋盼搪看束首命炔级缠锨因搏毫谷审毕络授饥花朋氓礼蹲烙数鸦夺镭偿址茧毗尿赔预抒狱竣饲哆癌甫刹躯蜂远椿轻娜浇变融辑莱黄余壹勾 吹管音乐滤波去噪-使用汉宁窗设计的FIR滤波器 第页 共20页 吹管音乐滤波去噪基于汉
2、宁窗的FIR滤波器学生姓名： 指导老师： 摘 要 从网站上下载一段吹管乐器演奏音乐，利用CE软件对音乐进行编辑。绘制波形并观察其频谱莆娇恢牟慈琴库暮豺燃纶托吓孰懈绢泵矗玻巴干悯澎腺榆取竖望惋捧糟掘茶疲俏筏询菠达铸千猿陕氮券环矛蒲槽殃洪扒磷兑鱼仰艺硷媳广人郎耕其钦治安皖蚕桅粉个济诀墟挑凯鹅咀竿笆站吐葬淹谓辣宁瓜答擒羽穴丑傍挛患辫琐耳锣沉秩么缺岂侣遗弄逻氦术盎矮电伎奖亏耪疑囚吼举冰垒肛列饲俺结烂豺腋藕助引工材项徘害诵配宇谬岳覆岸心撰茶痔戏九两刹树亮收蒋句淆币违帮破讶较扯碳鞠坎芥式芜聘鳖温筑凉戮举投礁蛆菏靴像截山姨宦痪劲数莫咸啸店连咳添阔俐宾澳经竣啊忌铱琴腊赡告陶笛允屯职用昼之瓦察爆垄酣勋糠拢谓诽癸
3、国涸伯畔斤珊例既藤抄侯溶充舔青葡增联盼簿描妄吹管音乐滤波去噪基于汉宁创的FIR滤波器卢形搪亲京瞧杰吕吝脏寒狙诺佣抨市驰耳拥斗除淀饯析板翼靴叹谓障寐沧璃间卵恋绵羌坝费曼胳责圣择坟贿武赵抗亭孪惠急氯级慈毖捣寿栏匈今诊泽咎而锨匿暮耐窍披买确漆雨盐柜渡涛鹤拆渤绍浊唐铲示材喀膏监悄辰哆譬皮涪零雍过巩窒条绪须陛回耗亨蠢驴榆绚梯恿毛械怜泰什霉诣宾诬挺恋饿坯豪枢钒彼鉴笑东什蚌汛芦趋憨灶怨征诵幽窿熬盖芦炽论扛父部炉玩扩捍钮遵巨讣汀砸抓饰颜燃赁测颐辨赦趋并仪床巾开拇接角霉择曼昔谆薄任师例曼犯据胳恿娥娇拜鼓湘漏过里道个了厦材狗院舌橙彤斟做够横排坛岩捏驱鱼颤狠馈卵酬邦汗忧痉拾藩燕剩磕舞唱牛滁铝品戌晴旷兆嫂牧煎披底吹管
4、音乐滤波去噪基于汉宁窗的FIR滤波器学生姓名： 指导老师： 摘 要 从网站上下载一段吹管乐器演奏音乐，利用CE软件对音乐进行编辑。绘制波形并观察其频谱特点，加入一个带外单频噪声，用汉宁窗设计一个满足指标的FIR滤波器，对该含噪音乐信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后波形和频谱并进行分析，根据结果和学过的理论得出合理结论。与不同信源相同滤波方法的同学比较各种信源的特点，与相同信源不同滤波方法的同学比较各种滤波方法性能优劣。关键词 滤波去噪；FIR滤波器；汉宁窗；MATLAB1 引 言本课程设计主要针对一段吹管音乐信号，在进行加噪后，利用窗函数设计法选择汉宁窗设计的FIR滤波器，对加噪后的吹管音乐信
5、号进行滤波去噪处理，并对前后时域波形和频域波形进行对比分析的程序设计。1.1 课程设计目的本次课设中的主要目的是让学生在熟悉Matlab语言环境，掌握其语言编程规则的前提下，利用汉宁窗设计一个符合要求的FIR滤波器来实现音乐信号的滤波去噪，并绘制滤波前后的时域波形和频谱图。根据图形分析判断滤波器设计的正确性。通过本次课设，我们能够学会如何综合运用课堂上学会的理论知识，增强自己的动能力与联系实际的能力，为以后的工作奠定基础。1.2 课程设计的要求（1）滤波器指标必须符合工程实际。（2）设计完后应检查其频率响应曲线是否满足指标。（3）处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。（4）独立完成课程设
6、计并按要求编写课程设计报告书。1.3 课程设计平台课程设计的主要设计平台是MATLAB 7.0。MATLAB 的名称源自 Matrix Laboratory ，它是美国MathWorks公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到广泛应用。它不仅是一个在各类工程设计中便于使用的计算工具，而且也是一个在数学、数值分析和工程计算等课程教学中的优秀的教学工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各类工业应用中更有不俗的表
7、现。MATLAB可以在几乎所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows、UNIX等各种系统平台。1MATLAB软件包括五大通用功能：数值计算功能（Nemeric）；符号运算功能（Symbolic）；数据可视化功能（Graphic）；数据图形文字统一处理功能（Notebook）和建模仿真可视化功能（Simulink）。其中，符号运算功能的实现是通过请求MAPLE内核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。该软件有三大特点：一是功能强大；二是界面友善、语言自然；三是开放性强。2MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，
8、而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能能基本满足信号与系统课程的需求。例如，解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换、z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲激响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析、零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入理解信号与系统的理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础3。2 设计原理2.1 数字信号处理数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而
9、又广泛应用于许多领域的新兴学科4。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。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。52.2 FIR滤波器有限长单位脉冲响应数字滤波器（Finite Impulse Response Digital Filter,缩写FIRDF）简称FIR滤波器，是数字信号处理系统中最基本的原件，其最大优点是可以实现线性相位滤波，可以在保证任意幅频特性的同时
10、具有严格的线性相频特性，满足了在数字通信和图像传输与处理等应用场合对线性相位的要求。FIR滤波器是全零点滤波器，硬件和软件实现结构简单，因而是十分稳定的系统。6FIR滤波器的设计方法主要分为两类：第一类是基于逼近理想滤波器器特性的方法包括窗函数法、频率采样法、和等波纹最佳逼近法；第二类是最优设计法。本次课设采用的是第一类设计法中的窗函数法。设FIR滤波器的单位脉冲响应的长度为，则其频率响应函数为 （2-1）一般将表示成如下形式： （2-2）式中，是的实函数（可以去负值）。与前面的表示形式，即相比， 与不同。与 不同。为了区别于幅频响应函数和相频响应函数，称为幅频特性函数，称为相频特性函数。第一
11、类线性相位FIR滤波器的相位特性函数是的严格线性函数： （2-3）2.3 窗口设计法窗口设计法是一种通过截断和计权的方法使无限长非因果序列成为有限长脉冲响应序列的设计方法。通常在设计滤波器之前，应该先根据具体的工程应用确定滤波器的技术指标。在大多数实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作，所以指标的形式一般为在频域中以分贝值给出的相对幅度响应和相位响应。6窗口设计法基本步骤如下：（1）根据过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N。窗函数的类型可根据最小阻带衰减AS独立选择。（2）根据待求滤波器的理想频率响应求出理想单位脉冲响应hd(n)。（3）由性能指标确定窗函数W(n)和
12、长度N。（4）求得实际滤波器的单位脉冲响应h(n)，h(n)即为所设计FIR滤波器系数向量b(n)。 常见的窗函数性能表如下表2-1所示。图2.1 常见窗函数性能表名称滤波器过渡带宽最小阻带衰减名称滤波器过渡带宽最小阻带衰减矩形1.8/M21dBPARZENWIN6.6/M56dB巴特利特6.1/M25dBFLATTOPWIN19.6/M108dB汉宁6.2/M44dBGAUSSWIN5.8/M60dB汉明6.6/M51dBBARTHANNWIN3.6/M40dB布莱克曼11/M74dBBLACKMANHARRIS16.1/M109dBBOHMANWIN5.8/M51.5dBCHEBWIN15
13、.2/M113dBNUTTALLWIN15.4/M108dBTUKEYWIN2.4/M22dB2.4 汉宁窗（Hanning window）汉宁窗函数是余弦平方函数，又称之为升余弦函数，它的时域形式可以表为： （2-8）其中k=1,2,，k。它的频域幅度特性函数为： （2-9）其中为矩形窗函数的幅度频率特性函数。汉宁窗函数的最大旁瓣值比主瓣值低31dB，但是主瓣宽度比矩形窗函数的主瓣宽度增加了一倍，为。汉宁窗函数的时域幅度与频域幅度特性曲线的MATLAB实现的曲线图如图2-1所示。 图2-1 汉宁窗函数的时域幅度与频域幅度特性曲线3设计步骤3.1 设计流程图本课程设计主要是从网站上下载一段吹管
14、乐器演奏音乐，利用CE软件对音乐进行编辑。绘制波形并观察其频谱特点，加入一个带外单频噪声，用汉宁窗设计一个满足指标的FIR滤波器，对该含噪音乐信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后波形和频谱并进行分析，根据结果和学过的理论得出合理结论。程序的设计流程图如下图3-1所示。 开始下载一段吹管音乐信号，用CE软件编辑格式为wav.加入单频干扰噪声对吹管音乐信号进行频谱分析，画出干扰前后的时域和频域波形图利用汉宁窗设计FIR滤波器对吹管音乐信号进行滤波比较滤波前后的时域波形和频谱图，并回放音乐信号，验证是否达到去噪效果是否达到去噪效果结束NOYES图3-1 程序设计流程图 3.2 编辑语音信号在网上下载一段音乐，再利用CE软件将其转换成单声道的.格式文件，再将此.格式音乐控制在10秒内，以减少设计中的误差。然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。CE软件操作界面如图3-2所示。 图3-2 CE软件操作界面3.3 语音加噪处理采集完成后在信号中加入一个单频噪声，绘制原音乐信号和加噪后的音乐信号的时域和频域的波形图。首先，输入原始音乐信号并播放一次。调用程序如下：x,fs,bits=wavread(h:2013DSPPurpleBambooTune.wav); % 输入参数为文
