基于MATLAB的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)

1、目目 錄錄1 引言 .12 設(shè)計(jì)任務(wù) .22.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容.22.2 設(shè)計(jì)要求.23 語(yǔ)音信號(hào)的采集及時(shí)頻分析 .33.1 語(yǔ)音信號(hào)的采集.33.2 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)頻分析.34 基于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì).54.1 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì).54.1.1 數(shù)字濾波器的基本概念 .54.1.2 IIR 濾波器設(shè)計(jì)思想.54.2 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì).54.2.1 IIR 低通濾波器設(shè)計(jì).54.2.2 IIR 帶通濾波器設(shè)計(jì).74.2.3 IIR 帶通濾波器設(shè)計(jì).95 合成信號(hào)及其濾波 .125.1 合成信號(hào).125.2 合成信號(hào)濾波 .136 設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面 .156.1 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)工具GU

2、I 概述.156.2 界面設(shè)計(jì)及使用說明.157 心得體會(huì) .18參考文獻(xiàn) .19附錄 .20課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書11 引言數(shù)字信號(hào)處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、抽樣、變換、綜合、估值與識(shí)別等加工處理，借以達(dá)到提取信息和便于應(yīng)用的目的。它在語(yǔ)音、雷達(dá)、圖像、系統(tǒng)控制、通信、航空航天、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域都獲得了極其廣泛的應(yīng)用。具有靈活、精確、抗干擾強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾波器, 是數(shù)字信號(hào)處理中及其重要的一部分。隨著信息時(shí)代和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾?。?shù)字濾波器可以通過數(shù)值運(yùn)算實(shí)現(xiàn)濾波，所以數(shù)字濾波器處理精度高、穩(wěn)定、體

3、積小、重量輕、靈活不存在阻抗匹配問題，可以實(shí)現(xiàn)模擬濾波器無法實(shí)現(xiàn)的特殊功能。數(shù)字濾波器種類很多，根據(jù)其實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者其沖激響應(yīng)函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即有限沖激響應(yīng)( FIR，F(xiàn)inite Impulse Response)濾波器和無限沖激響應(yīng)( IIR，Infinite Impulse Response)濾波器。IIR 濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。IIR 濾波器運(yùn)算結(jié)構(gòu)通常由延時(shí)、乘以系數(shù)和相加等基本運(yùn)算組成，可以組合成直接型、正準(zhǔn)型、級(jí)聯(lián)型、并聯(lián)型四種結(jié)構(gòu)形式，都具有反饋回路。同時(shí)，IIR 數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)上可以借助成熟的模擬濾波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和橢圓

4、濾波器等，有現(xiàn)成的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)或圖表可查，在設(shè)計(jì)一個(gè) IIR 數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，然后通過一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。MATALB 可以創(chuàng)建圖形用戶界面 GUI (GraphicalUser Interface) ,它是用戶和計(jì)算機(jī)之間交流的工具。MATLAB 將所有 GUl 支持的用戶控件都集成在這個(gè)環(huán)境中并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)置方法,隨著版本的提高,這種能力還會(huì)不斷加強(qiáng)。而且具有強(qiáng)大的繪圖功能,可以輕松的獲得更高質(zhì)量的曲線圖。濾波器的設(shè)計(jì)可以通過軟件或設(shè)計(jì)專用的硬件兩種方式來實(shí)現(xiàn)。隨著 MATLAB 軟件及信號(hào)處理工具箱的

5、不斷完善，MATLAB 很快成為應(yīng)用學(xué)科等領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)軟件。它可以快速有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)、分析和仿真，極大地減輕了工作量,有利于濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書22 設(shè)計(jì)任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)題目為基于 MATLAB 的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的數(shù)字濾波器應(yīng)完成以下功能：1.設(shè)計(jì)低通、帶通、高通數(shù)字濾波器；2.可以對(duì)合成信號(hào)（含低頻、中頻、高頻分量） 、語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波；3.通過 GUI 界面進(jìn)行控制。2.2 設(shè)計(jì)要求1.根據(jù)題目要求進(jìn)行數(shù)字濾波器總體設(shè)計(jì)。 2.完成數(shù)字濾波器具體設(shè)計(jì)。(1)輸入信號(hào)的選定。(2)確定設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)指標(biāo)。3.濾波器程序的設(shè)計(jì)。(1)

6、完整源程序。(2)運(yùn)行結(jié)果圖。4.書寫設(shè)計(jì)說明書。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書33 語(yǔ)音信號(hào)的采集及時(shí)頻分析3.1 語(yǔ)音信號(hào)的采集利用 PC 機(jī)上的聲卡和 WINDOWS 操作系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的采集。將話筒輸入計(jì)算機(jī)的語(yǔ)音輸入插口上，啟動(dòng)錄音機(jī)。按下錄音按鈕，接著對(duì)話筒說話“語(yǔ)音信號(hào)處理” ，說完后停止錄音，屏幕左側(cè)將顯示所錄聲音的長(zhǎng)度。點(diǎn)擊放音按鈕，可以實(shí)現(xiàn)所錄音的重現(xiàn)。以文件名“ppp”保存入 F : MATLAB work 中?？梢钥吹?，文件存儲(chǔ)器的后綴默認(rèn)為. wav ，這是 WINDOWS 操作系統(tǒng)規(guī)定的聲音文件存的標(biāo)準(zhǔn)。3.2 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)頻分析利用 MATLAB 中的“wav

7、read”命令來讀入（采集）語(yǔ)音信號(hào)，將它賦值給某一向量。再對(duì)其進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。下面介紹 Wavread 函數(shù)幾種調(diào)用格式。1.y=wavread(file)功能說明：讀取 file 所規(guī)定的 wav 文件，返回采樣值放在向量 y 中。2.y,fs,nbits=wavread(file) 功能說明：采樣值放在向量 y 中，fs 表示采樣頻率(hz)，nbits 表示采樣位數(shù)。3.y=wavread(file，N)功能說明：讀取錢 N 點(diǎn)的采樣值放在向量 y 中。4.y=wavread(file，N1,N2)功能說明：讀取從 N1 到 N2 點(diǎn)的采樣值放在向量 y 中。接下來，

8、對(duì)語(yǔ)音信號(hào) OriSound.wav 進(jìn)行采樣。其程序如下： y,fs,nbits=wavered (OriSound); %把語(yǔ)音信號(hào)加載入 Matlab 仿真軟件平臺(tái)中然后，畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形，再對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。MATLAB 提供了快速傅里葉變換算法 FFT 計(jì)算 DFT 的函數(shù) fft，其調(diào)用格式如下：Xk=fft(xn,N)參數(shù) xn 為被變換的時(shí)域序列向量，N 是 DFT 變換區(qū)間長(zhǎng)度，當(dāng) N 大于 xn 的長(zhǎng)度時(shí)，fft 函數(shù)自動(dòng)在 xn 后面補(bǔ)零；當(dāng) N 小于 xn 的長(zhǎng)度時(shí)，fft 函數(shù)計(jì)算 xn 的前 N 個(gè)元素，忽略其后面的元素。在本次設(shè)計(jì)中，我們利用 fft

9、對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，就可以得到信號(hào)的頻譜特性。其程序如下：y,fs,nbits=wavread (F:ppp.wav );sound(y,fs,nbits); 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書4N= length (y) ; Y=fft(y,N);axes(handles.axes1);plot(abs(Y);title(原始信號(hào)頻譜);程序結(jié)果如下圖：圖 3.1 語(yǔ)言信號(hào)波形及頻譜課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書54 基于 MATLAB 的數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)4.1 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)4.1.1 數(shù)字濾波器的基本概念濾波器從功能上分類可以分為經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器，經(jīng)典濾波器主要用于在頻率域的濾

10、波選取，現(xiàn)代濾波器是通過復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)學(xué)理論，用于在大量的同頻率信號(hào)中選取需要的信號(hào)數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)方法上可以分為無限沖擊響應(yīng)濾波器和有限沖擊響應(yīng)濾波器。它們是用單位采樣響應(yīng) h(n)的特性來區(qū)分的，IIR 濾波器的 h(n)是無限長(zhǎng)序列，而 FIR 濾波器的 h(n)是有限長(zhǎng)序列。4.1.2 IIR 濾波器設(shè)計(jì)思想IIR 濾波器設(shè)計(jì)思想是：利用已有的模擬濾波器設(shè)計(jì)理論，首先根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)合適的模擬濾波器，然后再通過脈沖響應(yīng)不變法或雙線性變換法，完成從模擬到數(shù)字的變換。常用的模擬濾波器有巴特沃斯(Butterworth)濾波器、切比雪夫(Chebyshev) 濾波器、橢圓(Ellips

11、e)濾波器、貝塞爾(Bessel)濾波器等，這些濾波器各有特點(diǎn)，供不同設(shè)計(jì)要求選用。濾波器的模擬數(shù)字變換，通常是復(fù)變函數(shù)的映射變換，也必須滿足一定的要求。利用雙線性變化法設(shè)計(jì)濾波器的變換原理：雙線性變換法是使數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)與模擬濾波器的頻率響應(yīng)相似的一種變換方法。為了克服脈沖響應(yīng)不變法的多值映射這一缺點(diǎn)，首先把整個(gè) s 平面壓縮變換到某一中介的 s1 平面的一橫帶里，然后再通過標(biāo)準(zhǔn)變換關(guān)系將此橫帶變換到整個(gè) z 平面上去，這樣就使 s 平面與 z 平面是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，消除了多值變換性，同時(shí)也就消除了頻譜混疊現(xiàn)象。利用完全設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的步驟：1.將設(shè)計(jì)指標(biāo)歸一化處理。2.根據(jù)歸一化

12、頻率，確定最小階數(shù) N 和頻率參數(shù) Wn。可供選用的階數(shù)選擇函數(shù)有:buttord，cheblord，cheb2ord，ellipord 等。3.運(yùn)用最小階數(shù) N 設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型。根據(jù)最小階數(shù)直接設(shè)計(jì)模擬低通濾波器原型，用到的函數(shù)有：butter, chebyl,cheby2, ellip 和 bessel。如B,A = butter(N,Wn,type) 設(shè)計(jì)type型巴特沃斯(Butterworth)濾波器 filter。N 為濾波器階數(shù)，Wc 為截止頻率， type 決定濾波器類型， type= high，設(shè)計(jì)高通 IIR 濾波器，ftype= stop，設(shè)計(jì)帶阻 IIR 濾波器

13、。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書64.再用 freqz 函數(shù)驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。4.2 IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)4.2.1 IIR 低通濾波器設(shè)計(jì)根據(jù)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)原理，首先將數(shù)字域的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為模擬域的指標(biāo)設(shè)計(jì)模擬低通濾波器，然后應(yīng)用雙線性變換法將模擬濾波器轉(zhuǎn)化為數(shù)字濾波器將指標(biāo)轉(zhuǎn)換成歸一化模擬低通濾波器的指標(biāo)，通過歸一化的模擬低通濾波器階數(shù) N 和 3dB 截止頻率的計(jì)算，將模擬域頻率變換成模擬低濾波器 H(s),并用雙線性變換法將 H(s)轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器 H(z)，由此得到低通數(shù)字濾波器。IIR 低通濾波器的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋篎t=8000;Fp=1000;Fs=1200;As=100 ;Ap=1

14、;wp=2*pi*Fp/Ft;ws=2*pi*Fs/Ft;fp=2*Fp*tan(wp/2);fs=2*Fs*tan(ws/2);n11,wn11=buttord(wp,ws,1,50,s); b11,a11=butter(n11,wn11,s); num11,den11=bilinear(b11,a11,0.5); h,w=freqz(num11,den11); axes(handles.axes1);plot(w*8000*0.5/pi,abs(h);legend(用 butter 設(shè)計(jì));課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書7圖 4.1 IIR 低通濾波器讀入信號(hào)對(duì)信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，利

15、用 filter 函數(shù)濾波，對(duì)得到的信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，與濾波前進(jìn)行比較。并在濾波前后用 sound 函數(shù)播放語(yǔ)音信號(hào)，觀察濾波前后的變化。圖 4.2 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜比較分析濾波前后信號(hào)的變化，波形圖變窄，頻譜變化表明:信號(hào)的低頻率段被保留，高頻率段被濾除。分析濾波前后的聲音變化，濾波后聲音明顯變低而沉悶，這說明濾波器設(shè)計(jì)基本符合指標(biāo)要求。4.2.2 IIR 帶通濾波器設(shè)計(jì)IIR 帶通濾波器的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋篎t=8000;Fp1=1200;Fp2=3000;Fs1=1000;Fs2=3200;As=100;課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書8Ap=1;wp1=tan(pi*Fp1/F

16、t); wp2=tan(pi*Fp2/Ft);ws1=tan(pi*Fs1/Ft);ws2=tan(pi*Fs2/Ft);w=wp1*wp2/ws2;bw=wp2-wp1;wp=1;ws=(wp1*wp2-w.2)/(bw*w);n12,wn12=buttord(wp,ws,1,50,s); b12,a12=butter(n12,wn12,s); num2,den2=lp2bp(b12,a12,sqrt(wp1*wp2),bw);num12,den12=bilinear(num2,den2,0.5);h,w=freqz(num12,den12);axes(handles.axes1);plot

17、(w*8000*0.5/pi,abs(h);axis(0 4000 0 1.5);legend(用 butter 設(shè)計(jì));圖 4.3 IIR 帶通濾波器讀入信號(hào)對(duì)信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，利用 filter 函數(shù)濾波，對(duì)得到的信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，與濾波前進(jìn)行比較。并在濾波前后用 sound 函數(shù)播放語(yǔ)音信號(hào)，觀察濾波前后的變化。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書9圖 4.4 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜比較分析濾波前后信號(hào)的變化，波形圖變窄。頻譜變化表明:信號(hào)的低頻率段和高頻率段被濾除，中間頻率段被保留；分析濾波前后的聲音變化，濾波后聲音一定程度上變的尖銳，與高通濾波器濾波后的聲音相比較低。這

18、說明濾波器設(shè)計(jì)基本符合指標(biāo)。4.2.3 IIR 帶通濾波器設(shè)計(jì)IIR 高通濾波器的設(shè)計(jì)程序?yàn)椋篎t=8000;Fp=4000;Fs=3500;wp1=tan(pi*Fp/Ft); ws1=tan(pi*Fs/Ft);wp=1;ws=wp1*wp/ws1;課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書10n13,wn13=cheb1ord(wp,ws,1,50,s); b13,a13=cheby1(n13,1,wn13,s); num,den=lp2hp(b13,a13,wn13); num13,den13=bilinear(num,den,0.5);h,w=freqz(num13,den13);axes(han

19、dles.axes1);plot(w*21000*0.5/pi,abs(h);title(IIR 高通濾波器);legend(用 cheby1 設(shè)計(jì));圖 4.5 IIR 高通濾波器讀入信號(hào)對(duì)信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，利用 filter 函數(shù)濾波，對(duì)得到的信號(hào)傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，與濾波前進(jìn)行比較。并在濾波前后用 sound 函數(shù)播放語(yǔ)音信號(hào)，觀察濾波前后的變化。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書11圖 4.6 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜比較分析濾波前后信號(hào)的變化，波形圖變窄，頻譜變化表明：信號(hào)的高頻率段被保留，低頻率段被濾除。分析濾波前后的聲音變化，濾波后聲音明顯變高而尖銳，這說明濾波器設(shè)計(jì)基本

20、符合指標(biāo)要求。課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書125 合成信號(hào)及其濾波5.1 合成信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)信號(hào)，包含低頻、中頻、高頻分量，對(duì)其進(jìn)行采樣，進(jìn)行頻譜分析，分別設(shè)計(jì)三種高通、低通、帶通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理，觀察濾波后信號(hào)的頻譜。合成信號(hào)頻譜程序如下：f1=20;f2=200;f3=500;t=(1:100)/2000;x1=sin(2*pi*t*f1); x2=sin(2*pi*t*f2);x3=sin(2*pi*t*f3);x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*f3);n=1:100;t=n/2000X=fft(x,512);w=(0:255

21、)/256*1000;x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*f3);課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書13axes(handles.axes1);plot(w,abs(X(1:256); xlabel(Hz);ylabel(頻率響應(yīng)幅度);title(合成信號(hào)頻譜圖);程序結(jié)果如下圖：圖 5.1 合成信號(hào)波形圖 5.2 合成信號(hào)頻譜5.2 合成信號(hào)濾波合成信號(hào)低通濾波前后比較圖如下：課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書14圖 5.3 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜比較合成信號(hào)帶通濾波前后比較圖如下：課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書15圖 5.4 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜

22、比較合成信號(hào)高通濾波前后比較圖如下：圖 5.5 濾波前后信號(hào)的波形和頻譜比較6 設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面6.1 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)工具GUI 概述圖形用戶界面(graphical user interfaces ，GUI)則是由窗口、光標(biāo)、按鍵、菜單、文字說明等對(duì)象(objects)構(gòu)成的一個(gè)用戶界面。用戶通過一定的方法（如鼠標(biāo)或鍵盤）選擇、激活這些圖形對(duì)象，使計(jì)算機(jī)產(chǎn)生某種動(dòng)作或變化，比如實(shí)現(xiàn)計(jì)算、繪圖等。在MATLAB 中 GUI 是一中包含多種對(duì)象的圖形窗口，并為 GUI 開發(fā)提供一個(gè)方便高效的集成開發(fā)環(huán)境 GUIDE。GUIDE 主要是一個(gè)界面設(shè)計(jì)工具集，MAYLAB 將所有 GUI 支持度控件都集成在

23、這個(gè)環(huán)境中，并提供界面外觀、屬性和行為響應(yīng)方式的設(shè)置方法。GUIDE 將設(shè)計(jì)好的 GUI 保存在一個(gè) FIG 文件中，同時(shí)生成 M 文件框架。FIG 文件：包括 GUI 圖形窗口及其所有后裔的完全描述，包括所有對(duì)象屬性的屬性值。它是一個(gè)二進(jìn)制文件調(diào)用 hsave 課保存圖形窗口時(shí)將生車該文件。M 文件包括 GUI設(shè)計(jì)、控件函數(shù)以及定義為子函數(shù)的用戶控件回調(diào)函數(shù)，主要用于控制 GUI 展開時(shí)的各種特征。 GUI 創(chuàng)建包括界面設(shè)計(jì)和控件編程兩部分，主要步驟如下。第一步：通過課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書16設(shè)置 GUIDE 應(yīng)用程序的選項(xiàng)來運(yùn)行 GUIDE；第二步：使用界面設(shè)計(jì)編輯器進(jìn)行面設(shè)計(jì)；第三

24、步：編寫控件行為響應(yīng)控制（即回調(diào)函數(shù)）代碼。6.2 界面設(shè)計(jì)及使用說明首先我們新建一個(gè) GUI 文件：File/New/GUI 如下圖所示：圖 6.1 GUI 創(chuàng)建界面選擇 Blank GUI(Default)，其次，進(jìn)入 GUI 開發(fā)環(huán)境以后添加兩個(gè)編輯文本框，6個(gè)靜態(tài)文本框，和一個(gè)按鈕，布置如下圖所示；圖 6.2 GUI 開發(fā)環(huán)境課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書17布置好各控件以后，就可以來為這些控件編寫程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音或合成信號(hào)進(jìn)行濾波的功能了。最后，使用說明。單擊相應(yīng)的按鈕，便跳出對(duì)應(yīng)的界面，進(jìn)行操作。圖 6.3 系統(tǒng)運(yùn)行界面IIR 語(yǔ)音信號(hào)高通濾波人機(jī)界面如下圖：圖 6.4 人機(jī)界面課程

25、設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書187 心得體會(huì)通過這次課設(shè)，我認(rèn)識(shí)到了 MATLAB 功能非常的強(qiáng)大，使得我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候用戶直接調(diào)用這些庫(kù)函數(shù)并賦予實(shí)際參數(shù)就能解決實(shí)際問題，具有極高的變成效率。我也熟悉了 MATLAB 的工作環(huán)境，可以很熟練的對(duì) MATLAB 進(jìn)行常規(guī)的操作，快速進(jìn)行程序編輯和仿真。本次課設(shè)通過一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，利用 MATLAB 實(shí)現(xiàn) IIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與濾波的三種方法，從仿真結(jié)果可以看出它們均可以達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，而且方法簡(jiǎn)單、快捷，大大減輕了工作量。濾波器的設(shè)計(jì)工作完成后，可以借助于 MATLAB 的export 操作導(dǎo)出所設(shè)計(jì)濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)。由于 MATLAB

26、 具有強(qiáng)大的接口功能，仿真后的結(jié)果可以很方便的移植到 DSP、CPLD。在實(shí)際應(yīng)用中,只需按要求修改濾波器參數(shù),并對(duì)程序作較少的改動(dòng),即可實(shí)現(xiàn)不同截止頻率的 FIR 濾波器,實(shí)用性較強(qiáng)。本次課程設(shè)計(jì)選題及進(jìn)行過程中得到魏明哲、李茜老師等的悉心指導(dǎo)。對(duì)報(bào)告的書寫格式及內(nèi)容，老師多次幫助我分析思路，開拓視角。在我遇到困難的時(shí)候，老師給予我最大的支持和鼓勵(lì)。指導(dǎo)老師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，踏實(shí)堅(jiān)韌的工作精神，值得我學(xué)習(xí)。在此，謹(jǐn)向老師致以誠(chéng)摯的謝意。同時(shí)還要學(xué)感謝我的同學(xué)，尤其是我們同一課題課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書19的幾個(gè)同學(xué)，我們花費(fèi)課很多的時(shí)間和精力。相互之間幫忙協(xié)作，上網(wǎng)搜索相關(guān)資料，到圖書

27、館查閱相關(guān)文獻(xiàn)，遇到難題，共同商討。解決不了的問題，我們就像老師和其他同學(xué)虛心請(qǐng)教。最終，我們一起解決了一個(gè)又一個(gè)難題，雖然，我們有過爭(zhēng)吵，但是在真理面前，我們的行動(dòng)是一致的。在一周的課程設(shè)計(jì)過程中， 學(xué)院的機(jī)房工作人員給我們提供的便利的條件，天氣寒冷，實(shí)驗(yàn)室空調(diào)一直開放，我們覺得很溫暖，在此，表達(dá)對(duì)工作人員的謝意。在遇到課題技術(shù)難題時(shí)，我和同組的同學(xué)到圖書館廣泛查閱相關(guān)資料，圖書館也熱情地老師幫助，在此，向他們表示致謝。當(dāng)然，我也要感謝計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，感謝他們給我提供這次實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)。我院采取把理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合教學(xué)模式，讓學(xué)生的知識(shí)源于課堂而走出課堂，真正做到了“為了學(xué)生的一切，一切為了學(xué)

28、生”。 最后，再次感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)！參考文獻(xiàn)1 樓順天,李博菡. 基于 MATLAB 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)信號(hào)處理.西安電子科技大學(xué)出版社，19982 奧本海姆. 離散時(shí)間信號(hào)處理.科學(xué)出版社，20003 宗孔德,胡廣書. 數(shù)字信號(hào)處理.清華大學(xué)出版社，1997 4 萬永革. 數(shù)字信號(hào)處理的 MATLAB 實(shí)現(xiàn).科學(xué)出版社，20075 程佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程.清華大學(xué)出版社出版，20016 高西全 ,丁玉美等. 數(shù)字信號(hào)處理.電子工業(yè)出版社，2009課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書20附錄語(yǔ)音信號(hào)低通濾波Ft=8000;Fp=1000;Fs=1200;As=100 ;Ap=1;wp=2

29、*pi*Fp/Ft;ws=2*pi*Fs/Ft;fp=2*Fp*tan(wp/2);fs=2*Fs*tan(ws/2);n11,wn11=buttord(wp,ws,1,50,s); b11,a11=butter(n11,wn11,s); 課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書21num11,den11=bilinear(b11,a11,0.5); h,w=freqz(num11,den11); y,fs,nbits=wavread (F:ppp.wav);n = length (y) ; s=y; S=fft(s); z11=filter(num11,den11,s);sound(z11);m11=f

30、ft(z11); axes(handles.axes2);plot(abs(S),g);title(濾波前信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes3);plot(abs(m11),r);title(濾波后信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes4);plot(s); title(濾波前信號(hào)的波形);axes(handles.axes5);plot(z11);title(濾波后的信號(hào)波形);語(yǔ)音信號(hào)帶通濾波Ft=8000;Fp1=1200;Fp2=3000;Fs1=1000;Fs2=3200;As=100;Ap=1;wp1=tan(pi*Fp1/Ft); wp2=tan(pi*F

31、p2/Ft);ws1=tan(pi*Fs1/Ft);ws2=tan(pi*Fs2/Ft);w=wp1*wp2/ws2;bw=wp2-wp1;課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書22wp=1;ws=(wp1*wp2-w.2)/(bw*w);n12,wn12=buttord(wp,ws,1,50,s); b12,a12=butter(n12,wn12,s); num2,den2=lp2bp(b12,a12,sqrt(wp1*wp2),bw);num12,den12=bilinear(num2,den2,0.5);h,w=freqz(num12,den12); y,fs,nbits=wavread (F:p

32、pp.wav);n = length (y) ; s=y; S=fft(s); z12=filter(num12,den12,s);sound(z12);m12=fft(z12); axes(handles.axes2);plot(abs(S),g);title(濾波前信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes3);plot(abs(m12),r);title(濾波后信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes4);plot(s); title(濾波前信號(hào)的波形);axes(handles.axes5);plot(z12);title(濾波后的信號(hào)波形);語(yǔ)音信號(hào)高通濾波Ft=800

33、0;Fp=4000;Fs=3500;wp1=tan(pi*Fp/Ft); %高通到低通濾波器參數(shù)轉(zhuǎn)換ws1=tan(pi*Fs/Ft);wp=1;ws=wp1*wp/ws1;n13,wn13=cheb1ord(wp,ws,1,50,s); %求模擬的低通濾波器階數(shù)和截止頻率課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書23b13,a13=cheby1(n13,1,wn13,s); %求 S 域的頻率響應(yīng)的參數(shù)num,den=lp2hp(b13,a13,wn13); %將 S 域低通參數(shù)轉(zhuǎn)為高通的num13,den13=bilinear(num,den,0.5); %利用雙線性變換實(shí)現(xiàn) S 域到 Z 域轉(zhuǎn)換h,w

34、=freqz(num13,den13);y,fs,nbits=wavread (F:ppp.wav);n = length (y) ; %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度s=y; S=fft(s); %傅里葉變換z13=filter(num13,den13,s);sound(z13);m13=fft(z13); %求濾波后的信號(hào)axes(handles.axes2);plot(abs(S),g);title(濾波前信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes3);plot(abs(m13),r);title(濾波后信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes4);plot(s); title(濾波前

35、信號(hào)的波形);axes(handles.axes5);plot(z13);title(濾波后的信號(hào)波形);合成信號(hào)低通濾波f1=20;f2=200;f3=500;t=(1:100)/2000;x1=sin(2*pi*t*f1); %繪制 x(t)的圖形x2=sin(2*pi*t*f2);x3=sin(2*pi*t*f3);x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*f3);n=1:100;t=n/2000X=fft(x,512);w=(0:255)/256*1000;x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*

36、f3);課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書24Ft=8000;Fp=1000;Fs=1200;As=100 ;Ap=1;wp=2*pi*Fp/Ft;ws=2*pi*Fs/Ft;fp=2*Fp*tan(wp/2);fs=2*Fs*tan(ws/2);n11,wn11=buttord(wp,ws,1,50,s); b11,a11=butter(n11,wn11,s); num11,den11=bilinear(b11,a11,0.5); h,w=freqz(num11,den11); z11=filter(num11,den11,x);m11=fft(z11); axes(handles.axes2);

37、plot(abs(x),g);title(濾波前信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes3);plot(abs(m11),r);title(濾波后信號(hào)的頻譜);axes(handles.axes4);plot(x); title(濾波前信號(hào)的波形);axes(handles.axes5);plot(z11);title(濾波后的信號(hào)波形);合成信號(hào)帶通濾波f1=20;f2=200;f3=500;t=(1:100)/2000;x1=sin(2*pi*t*f1); %繪制 x(t)的圖形x2=sin(2*pi*t*f2);x3=sin(2*pi*t*f3);課程設(shè)計(jì)說明書課程設(shè)計(jì)說明書25

38、x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*f3);n=1:100;t=n/2000X=fft(x,512);w=(0:255)/256*1000;x=sin(2*pi*t*f1)+sin(2*pi*t*f2)+sin(2*pi*t*f3);Ft=8000;Fp1=1200;Fp2=3000;Fs1=1000;Fs2=3200;As=100;Ap=1;wp1=tan(pi*Fp1/Ft); wp2=tan(pi*Fp2/Ft);ws1=tan(pi*Fs1/Ft);ws2=tan(pi*Fs2/Ft);w=wp1*wp2/ws2;bw=wp2-wp1;wp=1;w