实践课3 信号的滤波和还原.ppt

实践3 对语音信号做时域波 形分析和频谱分析1、滤波器参数的设计• 接下来的问题就是滤波，即将有用的信号保留 下来，无用的信号去除 • 滤波器的设计是基于前面信号的频谱分析为基 础的• 从加噪信号的频谱图看到，两个语言信号的频 谱区别还是很大的，msg1的能量主要集中在 4000HZ附近，而system1的能量主要集中在 1000HZ以内 • 因此，我们可以选择低通滤波器来滤除msg1 语言信号，或者选择高通滤波器来滤除 system1语言信号 • 参数提取（以低通滤波器为例）： • 1.通带截至频率WP=1000HZ，阻带截至频率 WS=2000HZ，通带最大衰减RP=1db,阻带最 小衰减RS=40db，设计低通巴特沃斯滤波器补充：•2.数字频率与模拟频率之间的关系： •概念： •模拟频率f：每秒经历多少个周期，单位Hz，即1/s； •模拟角频率Ω：每秒经历多少弧度，单位rad/s； •数字频率w：每个采样点间隔之间的弧度，单位rad •数字频率W0=Ω0*T，单位是rad（注意：不是rad/s） •可见数字频率不是频率，而是一个弧度值，介于[-π, π] •∵ W0=Ω0*T=2π*f0*T=2π*f0/fs 由采样定理知|f0/fs|≤0.5， •∴ |W0|<≤π •其中f0是信号的频率，fs是采样频率。

•模拟频率f： cos(2pi*f*t) 模拟角频率Ω： cos(Ω *t); 数字频率w： cos(w*n)=cos(Ω*n*T) [T为采样间隔时间]•cos(2pi*f*t) = cos(Ω *t) = cos(Ω*n*T) = cos(Ω*T*n) = cos(w*n)IIR数字滤波器的设计•%步骤1 参数的设置参考li8.m •clear all; close all;clc •f_p=1000;f_s=2000;rp=1;rs=40;%设置指标 •n=7001;fs=11025;Ts=1/fs;%采样频率 •omgp1=2*pi*f_p •omgs1=2*pi*f_s%模拟频率 •wp=omgp1/fs •ws=omgs1/fs%数字频率•%步骤2 利用脉冲响应不变法设计巴特沃斯低通滤波器 • [N1,wn1]=buttord(omgp1,omgs1,rp,rs,'s');%计算巴特沃斯低通滤波器的阶数和3dB截止频率 •N1 •wn1 •[B1,A1]=butter(N1,wn1,'s');%代入N和Wn设计巴特沃斯模拟低通滤波器 •[bz1,az1]=impinvar(B1,A1,fs);%冲激响应不变法设计数字滤波器 •[hz1,wz1]=freqz(bz1,az1);%滤波器的幅频响应 •figure(1); •subplot(2,1,1); •plot(wz1*fs/(2*pi),20*log10(abs(hz1)/hz1(1))) •axis([0 6000 -80 10]); •title('冲激响应不变法数字频率响应') •xlabel('频率Hz') •ylabel('幅值 A') •grid on;•%步骤3 利用双线性变换法设计巴特沃斯低通滤波器 •omgp2=2/Ts*tan(wp/2) •omgs2=2/Ts*tan(ws/2) •[N2,wn2]=buttord(omgp2,omgs2,rp,rs,'s');%计算巴特沃斯低通滤波器的阶数 和3dB截止频率 •N2 •wn2 •[B2,A2]=butter(N2,wn2,'s');%代入N和Wn设计巴特沃斯模拟低通滤波器 •[bz2,az2]=bilinear(B2,A2,fs);%双线性变换法设计数字滤波器 •[hz2,wz2]=freqz(bz2,az2);%滤波器的幅频响应 •subplot(2,1,2); •plot(wz2*fs/(2*pi),20*log10(abs(hz2)/hz2(1))) •axis([0 6000 -80 10]); •title('双线性变换法数字频率响应') •xlabel('频率Hz') •ylabel('幅值 A') •grid on;FIR数字滤波器的设计• 参数提取（以低通滤波器为例）： • 1.通带截至频率WP=1000HZ，阻带截至频 率WS=2000HZ,通带最大衰减RP=0.3db,阻 带最小衰减RS=40db，设计FIR低通滤波器 。

• 衰减要求，查P145表，hann窗可以达到衰 减要求 • Wn取1500HZ• %步骤4 窗函数法设计FIR滤波器 • %根据hann窗公式6.2*pi/N=ws-wp • wn=(wp+ws)/2 • N=ceil(6.2*pi/abs(ws-wp)) • h=fir1(N-1,wn/pi,hanning(N)); • [hz3,wz3]=freqz(h,1,n);%滤波器n点幅频响应 • subplot(3,1,3); • plot(wz3*fs/(2*pi),20*log10(abs(hz3)/hz3(1))) • axis([0 6000 -80 10]); • title('hanning窗函数FIR滤波器频率响应') • xlabel('频率Hz') • ylabel('幅值 A') • grid on;IIR滤波•%接下来滤波,参考li9.m •y1=filter(bz1,az1,y);%滤波函数,y为被滤波信号 •length(y1) •subplot(3,1,2); •sound(y1,fs) •plot(y1);%滤波后的语音信号的时域波形图 •title('滤波后语音信号时域波形'); •xlabel('时间轴') •ylabel('幅值 A') •y_zp1=fft(y1,n);%对n点进行傅里叶变换到频域 •f=fs*(0:(n-1)/2)/n;% 对应点的频率 •subplot(3,1,3); •plot(f,abs(y_zp1(1:length(f))));%加噪语音信号的频谱图 •title('滤波后语音信号频谱图'); •xlabel('频率Hz'); •ylabel('频率幅值');FIR滤波•%接下来滤波，参考li10.m •y1=filter(h,1,y);%滤波函数,y为被滤波信号 •%y1=fftfilt(h,y);%也可以采用这句话,都是利用差分方式来计算 •length(y1) •subplot(3,1,2); •sound(y1,fs) •plot(y1);%滤波后的语音信号的时域波形图 •title('滤波后语音信号时域波形'); •xlabel('时间轴 ') •ylabel('幅值 A') •y_zp1=fft(y1,n);%对n点进行傅里叶变换 到频域 •f=fs*(0:(n-1)/2)/n;% 对应 点的频率 •subplot(3,1,3); •plot(f,abs(y_zp1(1:length(f))));%加噪语音信号的频谱图 •title('滤波后语音信号频谱图 '); •xlabel('频率Hz'); •ylabel('频率幅值');• 设计 任务： • 将msg1.wav加入随机噪声，用贷通滤波器 将msg1.wav提取出来。