電子信息科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論課論文

1、基于mat i ab的濾波器設(shè)計1.緒論當(dāng)今，數(shù)字信號處理1 (dsp： digtal signal processing)技術(shù)正飛速發(fā)展，它不但自成一門學(xué)科，更是以不同形式影響和滲透到其他學(xué)科：它與國民經(jīng)濟息息和關(guān)，與w防建設(shè)緊密相連；它影響或改變著我們的生產(chǎn)、生活方式，因此受到人們普遍的關(guān)注。數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化是當(dāng)代信息技術(shù)發(fā)展的大趨勢，而數(shù)字化是智能化和網(wǎng)絡(luò)化 的基礎(chǔ)，實際生活中遇到的信號多種多樣，例如廣播信號、電視信號、雷達信號、通信信 號、導(dǎo)航信號、射電天文信號、生物醫(yī)學(xué)信號、控制信號、氣象信號、地震勘探信號、機 械振動信號、遙感遙測信號，等等。數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號分析、處理技

2、術(shù)的重耍分支2-3。無論是信號的獲取、傳 輸，還是信號的處理和交換都離不幵濾波技術(shù)，它對信號安全可靠和有效靈活地傳輸是至 關(guān)重耍的。在所有的電子系統(tǒng)中，使用最多技術(shù)最復(fù)雜的耍算數(shù)字濾波器了。數(shù)字濾波器 的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的優(yōu)劣。matlab是美國math works公司推出的一套用于工程計算的可視化高性能語言與軟件 環(huán)境。matlab為數(shù)字濾波器的研宄與應(yīng)用提供了一個直觀、高效、便捷的利器。它以矩陣 運算為基礎(chǔ)，把計算、可視化、程序設(shè)計融合到了一個交互式的工作環(huán)境中。matlab退出 的工具箱使各個領(lǐng)域的研究人員可以直觀方便地進行科學(xué)研究、工程應(yīng)用，其中的信號處 理、圖像處理、小波等工具箱為數(shù)

3、字濾波研究的蓬勃發(fā)展提供了有力的工具。幾乎在所有的工程技術(shù)領(lǐng)域中都會涉及到信號的處理問題，其信號表現(xiàn)形式有電、磁、 機械以及熱、光、聲等。信號處理的目的一般是對信號進行分析、變換、綜合、估值與識 別等。如何在較強的噪聲背景下提取出真正的信號或信號的特征，并將其應(yīng)用于工程實際 是信號處理的首要任務(wù)。數(shù)字濾波器，在數(shù)字信號處理中有著廣泛的應(yīng)用，因此，無論是在理論研宄上還是在 如通訊、hdtv(高清晰度電視)、雷達、圖象處理、數(shù)字音頻等實際應(yīng)用上都有著美好的技 術(shù)前景和巨大的實用價值?；趍at lab實現(xiàn)數(shù)字濾波設(shè)計，可通過修改濾波器的參數(shù)十分方便地改變?yōu)V波器的 特性，因此我們有必要對濾波器的設(shè)計

4、方法進行研究，理解其工作原理優(yōu)化設(shè)計方法，設(shè) 計開發(fā)穩(wěn)定性好的濾波器系統(tǒng)。掌握濾波器的設(shè)計技術(shù)和原理能為在通信領(lǐng)域、信號處理 領(lǐng)域等諸多領(lǐng)域中對數(shù)字濾波器的設(shè)計提供技術(shù)和準備，這不僅具有重耍的理論意義同時 還具有重耍的現(xiàn)實意義。目的與意義2 matlab 簡介2.1 matlabmatlab是矩陣實驗室(matrix laboratory)的意思，是由美國mathworks公司于1982 年推出的一套高性能的數(shù)值計算和可視化軟件，它集數(shù)值分析、矩陣運算、信號處理和圖 形顯示于一體。在matlab內(nèi)部配備了涉及到自動控制、信號處理和計算機仿真等種類繁多的工具箱，所 以matlab的應(yīng)用非常廣泛，

5、它可涉足于數(shù)值分析、控制、信號分析和通信等多種領(lǐng)域。 matlab不僅可完成基本代數(shù)運算操作，而且還可完成矩陣函數(shù)運算，提供豐富的實用函數(shù) 命令。另外，用戶還可以根據(jù)自己的需要編寫函數(shù)。matlab的信號處理工具箱是專門應(yīng)用于信號處理領(lǐng)域的專用工具箱，它的兩個基本組 成就是濾波器的設(shè)計與實現(xiàn)部分以及譜分析部分。工具箱提供丫眾多功能強大的函數(shù)，使 原來繁瑣的程序設(shè)計簡化成函數(shù)的調(diào)用。只要以正確的指標參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的濾波器設(shè)計程 序或工具箱函數(shù)，便可以得到正確的設(shè)計結(jié)果，使用非常方便。2. 1. 1 mat lab 的特點一種語言之所以能如此迅速地普及，顯示出如此旺盛的生命力，是由于它有著不 向于其

6、他語言的特點，正如同fortran和c等高級語言使人們擺脫了需要直接對計算機硬件 資源進行操作一樣，被稱作為第四代計算機語言的matlab，利用其豐富的函數(shù)資源，使編 程人員從繁瑣的程序代碼中解放出來。matlab最突出的特點就是簡潔。matlab用更直觀的， 符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了c和fortran語言的冗長代碼。matlab給用戶帶來的是最 直觀，最簡潔的程序開發(fā)環(huán)境。2. 1.2matlab 的功能matlab包含的內(nèi)容非常豐富，功能強大，可以概括為以下幾個方面：(1) 可以在多種操作系統(tǒng)下運行，如 doswindows 95/98/2000/2000/nt、compaq alp

7、ha、 linuxsun solaris 等。(2) 有超過500種的數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、科學(xué)及工程方面的函數(shù)，使用簡單快捷，并且有 很強的用戶自定義函數(shù)的能力。(3) 有強大的圖形繪制和可視化功能，可以進行視覺數(shù)據(jù)處理和分析，進行圖形、 圖像的顯示及編輯，能夠繪制二維、三維圖形，使用戶可以制作高質(zhì)量的圖形，從而寫出 圖文并茂的文章。(4) 有和用其他高級語言(如c，c+，fortran, java)編寫的外部程序相接口的能 力，也可把matlab程序轉(zhuǎn)換成上述高級語言的子程序。(5) 有從外部文件及外部硬件設(shè)備讀入數(shù)據(jù)的能力。(6) 有豐富的網(wǎng)絡(luò)資源，從和關(guān)的web網(wǎng)站可以直接獲得全套的matlab

8、聯(lián)機幫助文 件和說明書的電子文檔，還可以獲得各類技術(shù)支持與幫助。(7) 有豐富的工具箱toolbox)。各個領(lǐng)域的專家學(xué)者將眾多學(xué)科領(lǐng)域中常用的算 法編寫為一個個子程序，即m文件，這些m文件包含在一個個工具箱中。其工具箱可以分 為兩大類，即功能性工具箱和科學(xué)性工具箱。功能性工具箱主耍用來擴充matlab的符號 計算、圖形可視化、建模仿真、文字處理等功能以及與硬件實時交互的功能。學(xué)科性工具 箱是按學(xué)科領(lǐng)域來分類的，如信號處理、控制、通信、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像處理、系統(tǒng)辨識、待 棒控制、模糊邏輯、小波等工具箱?？梢钥闯鰉atlab是一個功能十分強大的系統(tǒng)，是集數(shù)值計算、圖形管理、程序開發(fā) 為一體的環(huán)境。除

9、此之外，matlab還具有很強的功能擴展能力，與它的主系統(tǒng)一起，可以 配備各種各樣的工具箱，以完成一些特定的任務(wù)。用戶可以根據(jù)自己的工作任務(wù)，開發(fā)自 己的工具箱。在國際學(xué)術(shù)界，matlab己經(jīng)被確認為準確、可靠的科學(xué)計算標準軟件。在許 多國際一流學(xué)術(shù)刊物上，(尤其是信息科學(xué)刊物)，都可以看到matlab的應(yīng)用。在設(shè)計 研究單和工業(yè)部門，matlab被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件工具。如美國national instruments公司信號測量、分析軟件labview, cadence公司信號和通信分析設(shè)計軟件 spw等，或者直接建筑在matlab之上，或者以matlab為主要支撐。2.2濾波

10、器2.2.1波濾器濾波器是一種用來消除干擾雜訊的器件，將輸入或輸出經(jīng)過過濾而得到純凈的交流電。 您可以通過基本的濾波器積木塊二階通用濾波器傳遞函數(shù)，推導(dǎo)出最通用的濾波器類 型：低通、帶通、高通、帯阻和橢圓型濾波器。傳遞函數(shù)的參數(shù)一一fo、d、hllp、hbp和hlp,可用來構(gòu)造所有類型的濾波器。轉(zhuǎn)降 頻率fo為s項開始占支配作用時的頻率。設(shè)計者將低于此值的頻率看作是低頻，而將高 于此值的頻率看作是高頻，并將在此值附近的頻率看作是帶內(nèi)頻率。阻尼d用于測量濾波 器如何從低頻率轉(zhuǎn)變至高頻率，它是濾波器趨向振蕩的一個指標。實際阻尼值從0至2變 化。高通系數(shù)hllp是對那些高于轉(zhuǎn)降頻率的頻率起支配作用的

11、分子的系數(shù)。帶通系數(shù)hbp 是對那些在轉(zhuǎn)降頻率附近的頻率起支配作用的分子的系數(shù)。低通系數(shù)hlp是對那些低于轉(zhuǎn) 降頻率的頻率起支配作用的分子的系數(shù)。設(shè)計者只需這5個參數(shù)即可定義一個濾波器。數(shù)字濾波器可以用查分方程、單位取樣響應(yīng)以及系統(tǒng)函數(shù)等表示。對于研宄系統(tǒng)的實 現(xiàn)方法，即它的運算結(jié)構(gòu)來說，用框圖表示最為直接。一個給定的輸入輸出關(guān)系，可以用多種不同的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。在不考慮量化影響時， 這些不同的實現(xiàn)方法是等效的；但在考慮量化影響時，這些不同的實現(xiàn)方法性能上就有差 異。因此，運算結(jié)構(gòu)是很重耍的，同一系統(tǒng)函數(shù)h（z），運算結(jié)構(gòu)的不同，將會影響系統(tǒng)的 精度、誤差、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及運算速度等許多重要

12、性能。iir（無限沖激響應(yīng)）濾波器 與f1r（有限沖激響應(yīng)）濾波器在結(jié)構(gòu)上有自己不同的特點，在設(shè)計時需綜合考慮。2.2.2濾波器原理數(shù)字濾波器可以用查分方程、單位取樣響應(yīng)以及系統(tǒng)函數(shù)等表示。對于研宄系統(tǒng)的 實現(xiàn)方法，即它的運算結(jié)構(gòu)來說，用框圖表示最為直接。一個給定的輸入輸出關(guān)系，可以用多種不同的數(shù)字網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。在不考慮量化影響 時，這些不同的實現(xiàn)方法是等效的；但在考慮量化影響時，這些不同的實現(xiàn)方法性能上就 有差異。因此，運算結(jié)構(gòu)是很重要的，同一系統(tǒng)函數(shù)h（z），運算結(jié)構(gòu)的不同，將會影響系 統(tǒng)的精度、誤差、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及運算速度等許多重要性能。iir（無限沖激響應(yīng)）濾 波器與fir（有限沖激

13、響應(yīng)）濾波器在結(jié)構(gòu)上有自己不同的特點，在設(shè)計時需綜合考慮。數(shù)字濾波器是離散系統(tǒng)，所處理的信號是離散信號。一般是與離散系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)可以用 差分方程、單位脈沖響應(yīng)以及系統(tǒng)函數(shù)進行。如果系統(tǒng)輸入、輸出服從n階差分方程：則其系統(tǒng)函數(shù)，及濾波器的傳輸函數(shù)為:由此實現(xiàn)一個數(shù)字濾波器需要如下三種基本的運算單元：（1）加法器：此元件有兩個輸入和一個輸出，三個或多個信號相加由相連的的兩個 輸入加法器實現(xiàn)；（2）乘法器（增益）：這是一個單入單出元件，由于乘1時易于理解，因此，這里 明確處處示意圖；（3）延遲單元（移位或記憶）：此元件通過它的信號延遲一個樣本，是由移位寄存器實現(xiàn)的。3.濾波器的設(shè)計3.1 fir濾波器

14、的設(shè)計hr濾波器：有限長單位沖激響應(yīng)濾波器，是數(shù)字信號處理系統(tǒng)中最基本的元件，它 可以在保證任意幅頻特性的同時具有嚴格的線性相頻特性，同時其單位抽樣響應(yīng)是有限長 的，因而濾波器是穩(wěn)定的系統(tǒng)。因此，f1k濾波器在通信、閣像處理、模式識別等領(lǐng)域都 有著廣泛的應(yīng)用。濾波器設(shè)計是根據(jù)給定濾波器的頻率特性，求得滿足該特性的傳輸函數(shù)。fir濾波器設(shè)計的任務(wù)是選擇有限長度的,使傳輸函數(shù)滿足一定的幅度特性和線性相位要求。由于fir濾波器很容易實現(xiàn)嚴格的線性相位，所以fir數(shù)字濾波器設(shè) 計的核心思想是求出有限的脈沖響應(yīng)來逼近給定的頻率響應(yīng)。設(shè)計過程一般包括以下三個基本問題：（1）根據(jù)實際要求確定數(shù)字濾波器性能指

15、標；（2）用一個因果穩(wěn)定的系統(tǒng)函數(shù)去逼近這個理想性能指標；（3）用一個有限精度的運算去實現(xiàn)這個傳輸函數(shù)。3.1.1 fir濾波器的特點有限長單位沖激響應(yīng)（f1r）濾波器有以下特點：（1）系統(tǒng)的單位沖激響應(yīng)在有限個n值處不為零；（2）系統(tǒng)函數(shù)在處收斂，極點全部在z = 0處（因果系統(tǒng)）；（3）結(jié)構(gòu)上主耍是非遞歸結(jié)構(gòu)，沒有輸出到輸入的反饋，但有些結(jié)構(gòu)中（例如頻率 抽樣結(jié)構(gòu)）也包含有反饋的遞歸部分。設(shè)hr濾波器的單位沖激響應(yīng)為一個n點序列，則濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：h（z） = h（n）爾 z八一 n就是說，它有（n 1）階極點在z = 0處，有（n 1）個零點位于有限z平面的任何 位置。3.1.2窗函

16、數(shù)發(fā)設(shè)計fir濾波器設(shè)計fir數(shù)字濾波器的最簡單的方法是窗函數(shù)法，通常也稱之為傅立葉級數(shù)法。fir數(shù) 字濾波器的設(shè)計首先給出要求的理想濾波器的頻率響座設(shè)計一個fir數(shù)字濾波器頻率響應(yīng)/（，），去逼近理想的濾波響應(yīng)w/，）。然而，窗函數(shù)法設(shè)計fir數(shù)字濾波器是在時域進行的，因而必須由理想的頻率響應(yīng)/人勹推導(dǎo)岀對應(yīng)的單位取樣響應(yīng)么，再%確定技術(shù)指標 %求歸一化頻率%求過渡帶%求凱澤窗函數(shù)參數(shù)%由過渡帶決定n的值%繪制頻率響應(yīng)曲線設(shè)計一個hr數(shù)字濾波器的單位取樣響應(yīng)/7(/7)去逼近/z/n)。設(shè)計過程如下：躺(3-1)加窗的作用是通過把理想濾波器的無限長脈沖響應(yīng)么(m)乘以窗函數(shù)vvvo來產(chǎn)生一個

17、被截斷的脈沖響應(yīng)，即/2(h) = /»(/!)并且對頻率響應(yīng)進行平滑。matlab工具箱提供的窗函數(shù)右：姐形窗(rectangularwindow)、三角窗(triangularwindow)、布拉克曼窗(blackman window)、漢寧窗(hanningwindow)、海明窗(hamming window)、凱塞窗(kaiser window)、 切比雪夫窗(chebyshev window)。窗函數(shù)主要用來減少序列因截斷而產(chǎn)生的gibbs效應(yīng)。但當(dāng)這個窗函數(shù)為矩形時，得到 的fir濾波器幅頻響應(yīng)會有明顯的gibbs效應(yīng)，并且任意堉加窗函數(shù)的長度(即fir濾波器 的抽頭數(shù))

18、gibbs效應(yīng)也不能得到改善。為了克服這種現(xiàn)象，窗函數(shù)應(yīng)該使設(shè)計的濾波器：(1) 頻率特性的主瓣寬度應(yīng)盡量窄，且盡可能將能量集中在主瓣內(nèi)；(2) 窗函數(shù)頻率特性的旁瓣o趨于it的過程中，其能量迅速減小為零。3.1.3 fir低通濾波器(1) 主要程序fp=l ooo;fs=l 200; as= 120;fs=22050; wp=2*pi*fp/fs; ws=2*pi*fs/fs; wo=ws-wp;beta=0.1102*(as-0.87);n=ceil(as-8)/2.285/wo);wc=( wp+ws)/2/pi;b=fir 1 (n，wc，kaiser(n+1 ,beta);hw，w=

19、freqz(b，1);figure(l);plot(w*f s/2/pi?20 * log 10(abs(hw); grid ;title(fir低通濾波器)；(2) 程序流程圖凱澤窗低通濾波器設(shè)計流程圖如圖所示：開始丄確定模擬低通濾波器的技術(shù)指標丄技術(shù)指標從模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換丄計算屮心頻率、過渡帶寬，設(shè)定旁瓣高度alfa丄利用firl函數(shù)確定濾波器的實際單位脈沖響應(yīng)丄利用freqz函數(shù)確定幅頻響應(yīng)丄作出凱澤窗低通濾波器的幅頻響應(yīng)曲丄結(jié)束(3) 仿真結(jié)果如下：rw (a (j d utooh cmktop、 f ； 3x akw hdp qfaa3.1.4 fir高通濾波器(1) 主要程序：%確定

20、技術(shù)指標fp=5000;fs=4800;fs=22050;as=135;wp=2*pi* fp/fs; ws=2 *pi * fs/fs; wo=wp-ws;beta=0.1102*(as-0.87);n=ceil(as-8)/2.285/wo);%求歸一化頻率%求過渡帶%求凱澤窗函數(shù)參數(shù) %由過渡帶決定n的值wc=(wp+ws)/2/pi;b=fir 1 (n，wc，high'，kaiser(n+1，beta);hw,w=freqz(b, 1);figure(l);plot(w*fs/2/pi,20*logl0(abs(hw);grid; titleffir高通濾波器的幅頻特性(2)

21、 程序流程圖：開始確定模擬高通濾波器的技術(shù)指標技術(shù)指標從模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換計算屮心頻率、過渡帶寬，設(shè)定旁瓣高度alfci利用firl函數(shù)確定濾波器的實際單位脈沖響應(yīng)h(n)利用freqz函數(shù)確定幅頻響應(yīng)作出凱澤窗高通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線i結(jié)束(3) 仿真結(jié)果如十、bj :i9ure 1file edrtview insert tools desktopwindow help1 0 © x |q| i b| 3.1.5 fir帶通濾波器(1) 主要函數(shù)：fb 1=1 ooo;fc 1=1200;fb2=3000;fc2=3200;% 確定技術(shù)指標rs=120;fs=22050;wpl=2*

22、pi*fcl/fs;wsl=2*pi*fbl/fs;% 求歸一化頻率wp2=2*pi*fb2/fs;ws2=2*pi*fc2/fs;wo 1 =wp 1 -ws 1 ;wo2=ws2-wp2; wo=max(wo 1 ,wo2);%求過渡帶beta=0.1102*(rs-0.87);%求凱澤窗函數(shù)參數(shù)n=ceil(rs-8)/2.285/wo);%由過渡帶決定 n 的值wnl=(fbl+fcl)/fs;wn2=(fb2+fc2)/fs;wn=wnl,wn2; b=firl (n, wn，'band，kaiser(n+1，beta);hw,w=freqz(b, 1,512，fs); fi

23、gure(l);plot( w，20* log 10(abs(hw);%繪制頻率響應(yīng)曲線grid;titlecfir帶通濾波器)；(2) 程序流程圖：開始丄確定模擬帶通濾波器的技術(shù)指標技術(shù)指標從模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換利用fkl函數(shù)確定濾波器的實際單位脈沖響應(yīng)h(n)作出凱澤窗帶通濾波器的幅頻響應(yīng)曲線計算屮心頻率、過渡帶寬，設(shè)定旁瓣高度alfai結(jié)朿(3)仿真結(jié)果如下:、f o © v z a q500 200040x)6000 801m1m»0so100-1502002503.2 i ir濾波器的設(shè)計iir數(shù)字濾波器的設(shè)計和模擬濾波器的設(shè)計有著很緊密的關(guān)系。通常要先設(shè)計出 適當(dāng)?shù)哪?/p>

24、擬濾波器，在通過一定的頻帶變換把它轉(zhuǎn)換成為所需的數(shù)字iir濾波器。此外, 任何數(shù)字信號處理系統(tǒng)中也還不可避免的用到模擬濾波器，比如a/d變換器前的抗混疊濾 波器和d/a變換器后的平滑濾波器，因此模擬濾波器設(shè)計也是數(shù)字信號處理中應(yīng)當(dāng)掌握的。3.2.1 iir濾波器的特點iir數(shù)字濾波器是一種離散時間系統(tǒng)，其系統(tǒng)函數(shù)為假設(shè)m <n 9當(dāng)mn時，系統(tǒng)函數(shù)可以看作一個iir的子系統(tǒng)和一個(m-n)的ftr子系 統(tǒng)的級聯(lián)。iir數(shù)字濾波器的設(shè)計實際上是求解濾波器的系數(shù)&和 ,它是數(shù)學(xué)上的一 種逼近問題，即在規(guī)定意義上(通常釆用最小均方誤差準則)去逼近系統(tǒng)的特性。如果在 s平面上去逼近，就得

25、到模擬濾波器；如果在z平面上去逼近，就得到數(shù)字濾波器。3.2.2雙線性法設(shè)計丨ir數(shù)字濾波器利用模擬濾波器來設(shè)計iir數(shù)字濾波器是最常見的方法，其設(shè)計過程是按照技術(shù)要求 設(shè)計模擬濾波器，得到其系統(tǒng)函然后經(jīng)過一定的變換，得到滿足要求的數(shù)字濾 波器的這種設(shè)計方法的優(yōu)點是模擬濾波器的設(shè)計理論很成熟，有很多現(xiàn)成的公式、 表格、圖形、和曲線可以直接使用，從而使iir數(shù)字濾波器的設(shè)計變得很簡單。iir數(shù)字濾波器的設(shè)計有兩種方法：脈沖響應(yīng)不變法和雙線性變換法。本次課設(shè)采用 的是雙線性變換法。3.2.3 iir低通濾波器(1) 主要函數(shù)：fp= 1 ooo;fs= 1200;fs=22050; ap=l;as

26、=10; wp=2*pi*fp/fs; ws=2*pi*fs/fs;ts=l/fs;wap=2/ts* tan( wp/2); was=2/ts*tan(ws/2); n,wc=buttord(wap,was,ap,as/sf); z，p，k=buttap(n); bap，aap=zp2tf(z，p，k); b，a=lp21p(bap，aap，wc); bz，az=bilinear(b，a，fs); h，w=freqz(bz，az); figurc(l); plot(w*fs/(2*pi),20*logl0(abs(h); grid;axis(0,3000，-20,2);xlabelf頻率 /

27、 hz)；ylabelc 幅度/db1);%確定技術(shù)指標%歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率%將數(shù)字指標轉(zhuǎn)換成模擬指標%選擇濾波器的最小階數(shù) %創(chuàng)建butterworth模擬濾波器%繪制頻率響應(yīng)曲線%用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換title (巴特沃茲低通濾波器)；(2) 程序流程圖：開始i確定模擬低通濾波器的技術(shù)指標i歸一化，求數(shù)字邊緣頻率i技術(shù)指標從數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換i確定濾波器的階數(shù)n和wci計算歸一化濾波器的零點，極點和增益i模擬低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)i模擬低通到模擬低通：令wc=wap，反歸一化i雙線性變換法：實現(xiàn)h(s)到h(z)的轉(zhuǎn)化ih(z)的幅頻特性i結(jié)束(3) 仿真結(jié)果如下

28、：zj fi9ufe i224巴特沃茲低通扇波3k c ® x a s file edit view insert tools desktop window helpt-orp 3 2 4 5 m參 嚳 騫is3. 2. 4高通濾波器(1)主要函數(shù)：fp=5000;fs=4800;fs=22050;ap=l;as=10;wp=2*pi*fp/fs;ws=2*pi*fs/fs;ts=l/fs;wap=2/ts*tan(wp/2);%確定技術(shù)指標%歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率%將數(shù)字指標轉(zhuǎn)換成模擬指標was=2/ts*tan(ws/2);n，wc=buttord(wap，was，ap, as

29、，sf);% 選擇濾波器的最小階數(shù)z，p,k=buttap(n);%創(chuàng)建butterworth模擬濾波器bap，aap=zp2tf(z，p，k);b，a=lp2hp(bap，aap，wc);bz，az=bilinear(b，a，fs); %用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換h,w=freqz(bz，az);figure(l);plot(w*fs/(2*pi),20*logl0(abs(h);% 繪制頻率響應(yīng)曲線grid;axis(3000,6000，-20,2);xlabelc頻率 / hz)；ylabelc 幅度/db1);title(巴特沃茲高通濾波器)；(2)程序流程圖：開始

30、i確定模擬高通濾波器的技術(shù)指標i歸一化，求數(shù)字邊緣頻率i確定濾波器的階數(shù)n和wci計算歸一化濾波器的零點，極點和增益模擬高通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)模擬低通到模擬高通：令wc=wap，反歸一化i雙線性變換法：實現(xiàn)h(s)到h(z)的轉(zhuǎn)化1h的幅頻特性1作出ll(z)的幅頻特性曲線i結(jié)束(3) 仿真結(jié)果如下：zj ngurelfile edit view insert tooit desktop window hdp«$/hz3. 2. 5帶通濾波器(1) 主要函數(shù)：fp 1 = 1200;fp2=3000;fs 1 = 1000;fs2=3200;fs=22050;% 確定技術(shù)指標 ap=l

31、;as=10;wp 1 =2*pi * fp 1 /fs;wp2=2*pi * fp2/fs;%歸一化，求得數(shù)字邊緣頻率wsl =2*pi*fsl /fs;ws2=2*pi*fs2/fs;ts=l/fs;wap 1 =2/ts*tan(wpl /2);wap2=2/ts*tan(wp2/2);%將數(shù)字指標轉(zhuǎn)換成模擬指標was 1 =2/ts*tan(wsl /2);was2=2/ts*tan(ws2/2);wap=wap 1，wap2; was=was 1，was2;w1 =( wap 1 +was 1 )/2; w2=(wap2+was2)/2;bw=w2-wl;%求帶寬wo=sqrt( w

32、1 *w2);n，wc=buttord(wap，was，ap，as，'sf);%選擇濾波器的最小階數(shù)z,p，k=buttap(n);%創(chuàng)建 butterworth 模擬濾波器bap，aap=zp2tf(z，p，k);b，a=lp2bp(bap，aap，wo，bw);bz,az=bilinear(b，a，fs); %用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換h，w=freqz(bz，az);figure(l);plot(w*fs/(2*pi),20*log 10(abs(h);% 繪制頻率響應(yīng)曲線grid;axis(800,5000，-20,2);xlabelf 頻率 / hz)；y

33、label(幅度/db)；title('tii特沃茲帶通濾波器)；(2) 程序流程閣：幵始i確定模擬帶通濾波器的技術(shù)指標i歸一化，求數(shù)字邊緣頻率i技術(shù)指標從數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換i確定濾波器的階數(shù)n和wci計算歸一化濾波器的零點，極點和增益i模擬低通濾波器的系統(tǒng)函數(shù)i模擬低通到模擬帶通：令wc=wap，反歸一化i雙線性變換法：實現(xiàn)hcs)到h(z)的轉(zhuǎn)化ih(z)的幅頻特性作出h(z)的幅頻特性曲線結(jié)束(3)仿真結(jié)果如下：q figure 1file edit view 1insert loois oedctopwindow hdp、% o © x g!回4語音信號的處理音頻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要任務(wù)是將聲音信號轉(zhuǎn)換，為計算機可識別的數(shù)字信號，然后 由計算機根據(jù)不同的需要進行相應(yīng)的計算和處理，得到期望的數(shù)據(jù)。4. 1主要函數(shù)介紹使用采集matlab工具箱提供的命令函數(shù)直接進行采集，常用的函數(shù)為：(1) y=wavrccord( n*fs, fs, ch) %wwindows 音頻輸入設(shè)備的ch 個通道，以 采樣率fs采集n*fs個采樣點(2) wavread( fi