文档介绍：拉弦音乐滤波去噪——使用脉冲响应不变法设计的巴特沃斯滤波器
学生姓名:雷淑英指导老师:胡双红
摘要本课程设计主要内容是设计利用脉冲响应不变法设计的巴特沃斯滤波器,对一段含噪语音信号进行滤波去噪处理并根据滤波前后的波形和频谱分析滤波性能。,开发工具是M语言编程。从网站上下载一段拉弦乐器演奏的音乐信号,并人为加入一单频噪声,然后对信号进行频谱分析以确定所加噪声频率,即 fn=3000Hz,并设计滤波器进行滤波去噪处理,最后比较滤波前后的波形和频谱,得出结果为,滤波器后的语音信号与原始信号基本一致,即设计的巴特沃斯滤波器能够去除信号中所加单频噪声,达到了设计目的。
关键词课程设计;滤波去噪;巴特沃斯滤波器;脉冲响应不变法;MATLAB
1 引言
本课程设计需要在网上下载的一段频率为8000Hz,8位的单声道拉弦语音信号,并绘制波形观察其频谱,再对其进行加噪处理,同样要绘制加噪后的频谱图,再用MATLAB利用脉冲响应不变法设计一个巴特沃斯滤波器,将该语音信号进行滤波去噪处理。
课程设计目的
课程设计是教学的最后一个步骤,课程设计有利于基础知识的理解,我们掌握了基础知识和基本技能,但是要真正接触才能真正理解课程的深入部分;还有利于逻辑思维的锻炼,在许多常规学科的日常教学中,我们不难发现这样一个现象,不少学生的思维常常处于混乱的状态,写起作文来前言不搭后语,解起数学题来步骤混乱,这些都是缺乏思维训练的结果,所以我们可以通过实践来分析问题、解决问题、预测目标等目的;同时也有利于与其他学科的整合,例如我们这次的课程设计就要运用MATLAB软件的帮助才能实现;最重要的有利于治学态度的培养,在课程设计中,我们可能经常犯很多小错误,可能要通过好几次的反复修改、调试才能成功,但这种现象会随着学校的深入而慢慢改观。这当中就有一个严谨治学、一丝不苟的科学精神的培养,又有一个不怕失败、百折不饶品格的锻炼。
《数字信号处理》课程设计是在学生完成数字信号处理和MATLAB的结合后的基本实验以后开设的。本课程设计的目的是为了让学生综合数字信号处理和MATLAB并实现一个较为完整的小型滤波系统。这一点与验证性的基本实验有本质性的区别。开设课程设计环节的主要目的是通过系统设计、软件仿真、程序安排与调试、写实习报告等步骤,使学生初步掌握工程设计的具体步骤和方法,提高分析问题和解决问题的能力,提高实际应用水平。
课程设计的要求
(1)滤波器指标必须符合工程设计。
(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)独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告。
设计平台
MATLAB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、医学、金融和其他需要进行复杂数值计算的领域得到了广泛应用。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数学工具,在世界各地的高和大型计算机上运行,适用于Windows、UNIX等多种系统平台。
MATLAB作为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎,就是因为它有丰富的函数资源和工具箱资源,编程人员可以根据自己的需要选择函数,而无需再去编写大量繁琐的程序代码,从而减轻了编程人员的工作负担,被称为第四代编程语言的MATLAB最大的特点就是简洁开放的程序代码和直观实用的开发环境[1]。
2 设计原理
本课程设计需要在网上下载的一段频率为8000Hz,8位的单声道拉弦语音信号,并绘制波形观察其频谱,再对其进行加噪处理,同样要绘制加噪后的频谱图,再用MATLAB利用脉冲响应不变法设计一个巴特沃斯滤波器,将该语音信号进行滤波去噪处理。
IIR滤波器
IIR滤波器具有无限长脉冲响应,因此能够与模拟滤波器相匹敌;一般来说,所有的模拟滤波器都有无限长脉冲响应。因此,IIR滤波器设计的基本方法是利用复值映射将大家熟知的模拟滤波器变换为数字滤波器。这一方法的优势在于各种模拟滤波器设计(AFD)表格和映射在文献中普遍都能获得。这种IIR滤波器设计的基本方法存在两种途径:
设计模拟低通滤波器
途径1:
实行滤波器变换S→Z
实行频带变换
S → S
期望的IIR滤波器
途径2:设计模拟低通滤波器
实行频带变换Z→Z
实行滤波器变换S→Z

期望的IIR滤波器
我们将研究途径二的设计基本方法,在这种IIR滤波器设计方法将按下列步骤进行:
(1)设计模拟低通滤波器。