DSP课程设计报告语音信号的FIR滤波器处理
姓名：张伟槟
班级：12电信3
学号：201231190425
指导老师：徐梅宣
日期：2015.06.02～2014.06.19 华南农业大学电子工程学院
摘要
随着信息与数字技术的发展，数字信号处理已经成为当今极其重要而学科与技术领域之一。它在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理的基本方法中，通常会涉及到变换、滤波、频谱分析、调制解调和编码解码等处理。其中滤波是应用非常广泛的一个环节，数字滤波器的理论和相关设计也一直都是人们研究的重点之一。FIR滤波器的是非递归的，稳定性好，精度高；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特征。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输和生物医学等领域得到广泛应用。
CSS集成开发环境使用CCS内置的软件仿真simulator对程序进行编译，调试和运行，主要用于检测目标程序运行的正确性和连贯性,并能通过仿真器与目标板连接，在目标板上实时观察效果。
在本次设计中，我们选择的课题是基于DSP的语言信号的FIR滤波处理。首先利用MATLAB进行了仿真，得到滤波前后的时域波形和频谱。然后通过调用MATLAB的分析工具FDATOOL，根据仿真结果导出了滤波器的相关参数，将原始信号数据和滤波器参数输入CCS进行DSP编程。最后在DSP中实现了FIR低通滤波，并通过CCS的频谱分析功能查看了最终DSP的滤波效果。
关键词:语音信号处理 FIR滤波 MATLAB CCS
目录
1.前言 (4)
2.设计需求 (4)
3.滤波器设计原理介绍 (4)
3.1数字滤波器设计原理 (4)
3.2FIR滤波器的基本结构 (5)
3.3 滤波器的特点 (5)
3.4窗函数的介绍 (6)
4.FIR滤波器的设计 (7)
4.1FIR滤波器设计 (7)
4.2窗函数设计的基本方法 (7)
4.3滤波器的1 z算法实现 (7)
5.FIR滤波器的MATLAB设计 (8)
6.FIR滤波器的DSP实现 (10)
6.1CCS设计与仿真 (10)
6.2CCS仿真结果 (13)
6.调试问题及解决办法 (16)
7.设计感想 (16)
参考文献 (17)
8.附录 (17)
1 前言
通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用、最方便的交换信息的方法，因此，如何去除混杂在有用信号中的噪声并获得低损甚至无损的有用语音信号成为语音信号处理（即用数字信号处理技术和语言学知识对语音信号进行处理并提取有用信息）至关重要的问题。但是因为语音识别技术对信号噪声非常敏感，系统本身和器件对系统的处理结果都有着不可忽视的干扰，因此很难实现效果较好的语音信号滤波处理。而DSP因为运算速度快，片上资源丰富和能够实现复杂的线性和非线性算法等特性，在语音信号处理技术方面有明显的优势。
在数字信号处理中，滤波占有极其重要的地位。数字滤波是语音信号处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用的基本处理算法。用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，还具有灵活性好等特点。
本文介绍了数字滤波器的设计基础及用窗函数法设计FIR滤波器的方法，运用MATHLAB语言实现了低通滤波器的设计并用CCS 2.0进行观察效果。
2设计需求
1）滤波器的设计的原理介绍
2）FIR滤波器的设计
3）FIR滤波器的DSP实现
4）滤波器为低通滤波器，并用用语音信号通过滤波器后查看滤波效果是否达到设计要求，进行FIR滤波器的检验
根据老师的的意见，我们自己拟定了滤波器的指标：Fs=8000hz，Wp=1500 Hz，Ws=2000 Hz，通带波纹为0.01，阻带波纹为0.1，N=37。
3 滤波器设计原理介绍
3.1数字滤波器的设计原理
数字滤波器的设计问题就是寻找一组系数ai和bi，使得其性能在某种意义上逼近所要求的特性。如果在s平面上去逼近，就得到模拟滤波器，如果在z
平面上去逼近，则得到数字滤波器。
数字滤波是将输入的信号序列，按规定的算法进行处理，从而得到所期望的输出序列。一个线性位移不变系统的输出序列y (n )和输入序列x (n )之间的关系， 应满足常系数线性差分方程：
（2.1.1） x (n )为输入序列，y (n )为输出序列，ai 、bi 为滤波器系数，N 为滤波器的阶数。
3.2 FIR 滤波器的基本结构
在式2.1.1中，若所有的ai 均为0，则得FIR 滤波器的差分方程：
（2.2.1） 对式（2.2.1）进行z 变换，可得FIR 滤波器的传递函数：
（2.2.2） 由此可得到FIR 滤波器的结构如图1所示。
FIR 滤波器的单位冲击响应h(n)是一个有限长序列。若h(n)为实数，且满足偶对称或奇对称的条件，即h(n)=h(N-1-n)或h(n)=-h(N-1-n)，则FIR 滤波器具有线性相位特性。
3.3 滤波器的特点
)()()(110≥---=∑∑=-=n i n y a i n x b n y M
i i N i i
)()(1
0∑-=-=N i i i n x b n y )
()()(1
0∑-=-==N i i i z b z X z Y z H
优点：
（1）很容易获得严格的线性相位，避免被处理的信号产生相位失真，这一特点在宽频带信号处理、阵列信号处理、数据传输等系统中非常重要；
（2）可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确、严格的线性相位，还可得到多带幅频特性；
（3）极点全部在原点（永远稳定），无稳定性问题；
（4）任何一个非因果的有限长序列，总可以通过一定的延时，转变为因果序列，所以因果性总是满足；
（5）无反馈运算，运算误差小。
缺点：
（1）因为无极点，要获得好的过渡带特性，需以较高的阶数为代价；
（2）无法利用模拟滤波器的设计结果，一般无解析设计公式，要借助计算机辅助设计程序完成。
3.4 窗函数简介
数字信号处理的主要数学工具是傅里叶变换。而傅里叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。不过，当运用计算机实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析。做法是从信号中截取一个时间片段，然后用观察的信号时间片段进行周期延拓处理，得到虚拟的无限长的信号，然后就可以对信号进行傅里叶变换、相关分析等数学处理。无线长的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在f(0)处的能量被分散到两个较宽的频带中去了（这种现象称之为频谱能量泄漏）。
为了减少频谱能量泄漏，可采用不同的截取函数对信号进行截短，截断函数称为窗函数，简称为窗。信号截短以后产生的能量泄漏现象是必然的，因为窗函数w(t)是一个频带无限的函数，所以即使原信号x(t)是有限带宽信号，而在截短以后也必然成为无限带宽的函数，即信号在频域的能量与分布被扩展了。又从采样定理可知，无论采样频率多高，只要信号一经截短，就不可避免地引起混叠，因此信号截短必然导致一些误差。
泄漏与窗函数频谱的两侧旁瓣有关，如果两侧瓣的高度趋于零，而使能量相对集中在主瓣，就可以较为接近于真实的频谱，为此，在时间域中可采用不同的窗函数来截短信号。
4 FIR 滤波器的设计
4.1 FIR 滤波器设计
FIR 滤波器的设计问题在于寻求一系统函数 ，使其应 逼近滤波器要求的理想频率响应 。
4.2 窗函数设计的基本方法
从时域出发，设计h(n)逼近理想hd(n)，设理想滤波器的单位脉冲响应为
hd(n)，则有
所求得的 一般是无限长的，且是非因果的。
要想得到一个因果的有限长的滤波器h(n)，最直接的方法是截断 ，
或者说用一个窗口函数 对
进行加窗处理，即 。因此，应选择
合适的窗函数。
4.3 滤波器的1
-z 算法实现
FIR 滤波器的输出表达式为
式中，为滤波器系数；x(n)表示滤波器在n 时刻的输入；y(n)为n 时刻的输出。
它的基本算法是一种乘法-累加运算，即不断地输入样本x(n)，经过延时后，再进行乘法-累加，最后输出滤波结果y(n)。
1）线性缓冲区法
∑-=-=1
0)()(N n n z n h z H )(ωj d e H ?∑--∞-∞===ππωωωωω
πd e e H n h e n h e H jn j d d jn n d j d )(21)()()()(n h d )(n h d )(n w )(n h d )()()(n w n h n h d =ωωj e z j z H e H ==|)()(
线性缓冲区法又称延迟线法。其特点：
·对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（滑窗），用来存放最新的N个输入样本；
·从最老样本开始取数，每取一个样本后，将此样本向下移位；
·读完最后一个样本后，输入最新样本存入缓冲区的顶部。
2）循环缓冲区法
本次设计的FIR滤波器所采用的就是循环缓冲区法。
循环缓冲区法的特点如下：
·对于N级FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（滑窗），用来存放最新的N个输入样本；
·从最新样本开始取数；
·读完最后一个样本（最老样本）后，输入最新样本来代替最老样本，而其他数据位置不变；
·用片内BK（循环缓冲区长度）寄存器对缓冲区进行间接寻址，使循环缓冲区地址首尾相邻。
5 FIR滤波器的matlab实现
MATLAB是一种功能强、效率高、便于进行科学和工程计算的交互式软件包，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，为用户提供了方便、友好的界面环境。
MATLAB中的工具箱（Toolbox）包含了许多实用程序。它提供了多种FIR滤波器设计方法。
fir1函数用来设计标准频率响应的基于窗函数的FIR滤波器，可实现加窗线性相位FIR数字滤波器的设计。具体语法如下：
b=fir1(n，Wn)
b=fir1(n，Wn，‘ftype’)
b=fir1(n，Wn，Window)
b=fir1(n，Wn，‘ftype’，Window)
其中n为滤波器的阶数；Wn为滤波器的截止频率； ftype为用来决定滤波器的类型，当ftype=high时，可设计高通滤波器；当ftype=stop时，可设计带阻滤波器。Window为用来指定滤波器采用的窗函数类型，Window参数可采用的窗口函数有： Boxcar，Hanning，Bartlett，Blackman，Kasier和chebwin等，其默认时为Hamming窗，从而得到滤波器的系数。
fir2函数用来设计有任意频率响应的各种加窗FIR滤波器。具体语法如下：b=fir2（n，f，m）
b=fir2（n，f，m，Window）
b=fir2（n，f，m，npt）
b=fir2（n，f，m，npt，Window）
b=fir2（n，f，m，npt，lap）
b=fir2（n，f，m，nptt，lap，Window）
其中n为滤波器的阶数；f为频率点矢量；m为幅度点矢量；Window用来指定所使用的窗函数类型，默认值为汉明（Hamming）窗；npt用来指定fir2函数对频率响应进行内插的点数；lap用来指定fir2函数在重复频率点附近插入的区域大小，从而得到滤波器的系数。具体的代码见附录，输入之后可以导出滤波器的参数。
CCS的输入语音信号的辅助产生（MATLAB）
1、理想情况：FIR 滤波器的输入数据存储在indata.dat 文件中，共300 个点，由频率为1000Hz和2500Hz 的两个余弦波叠加而成
2、为了验证设计的可行性，自身录制一个语音片段，主要信号为低频成分，其中夹杂着高频成分的噪声。
在MATLAB中产生一个indata.dat文件供CCS输入，在matlab中输入的代码为：x=wavread('D:\matlab\work\XINZAO.wav'); %语音文件的路径
y=fft(x,1024);
plot(abs(y(1:1000))); %采样100个点
x1=round(1024*x);
fid=fopen('indata.dat','w'); %生成一个dat文件
fprintf(fid,'1651 1 00E2 1000\n');
fprintf(fid,'%d\n',x1); %输出
6 FIR滤波器的DSP实现
CCS是一种针对TMS320系列DSP的集成开发环境，在windows操作系统下，采用图形接口界面，提供环境配置、源文件编辑、程序调试、跟踪和分析等工具，提供了配置、建立、调试、跟踪和分析程序的工具，从而完成编辑、编译、链接、调试和数据分析等工作。
6.1 CCS设计与仿真
6.1.1 程序分析
FIR滤波器的DSP实现主要有线性缓冲区法和循环缓冲区法两种。
线性缓冲区法又称延迟线法。其特点：
（1）对于N级的FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（滑窗），用来存放最新的N个输入样本；
（2）从最老样本开始取数，每取一个样本后，将此样本向下移位；
（3）读完最后一个样本后，输入最新样本存入缓冲区的顶部。
循环缓冲区法的特点如下：
（1）对于N级FIR滤波器，在数据存储器中开辟一个N单元的缓冲区（滑窗），用来存放最新的N个输入样本；
（2）从最新样本开始取数；
（3）读完最后一个样本（最老样本）后，输入最新样本来代替最老样本，而其他数据位置不变；
（4）用片内BK（循环缓冲区长度）寄存器对缓冲区进行间接寻址，使循环缓冲区地址首尾相邻。
本次设计的FIR滤波器所采用的就是循环缓冲区法。
对DSP进行初始化，并设置好存储单元。为数字滤波作准备，将预先设计好的有N个抽头的FIR数字滤波器的冲激响应序列h(n)中的N个数值放入存储单元bn中，从indata数据存储段中读入抽样值，将抽样值逐一放入存储单元xn 中。
主要循环程序如下：
将累加器清零，将存储单元bn与xn值对应相乘并累加到ACC中，循环Ｎ次将ACC中的值保存输出。再从indata数据存储段中读入一个新的数据，代替原来的最老样本 MVDD *AR4+,*AR2+0% ,重复循环直到数据全部处理完。
最后将处理完的数据输入到outdata数据存储段中。
6.1.2 数据输入
MATLAB辅助DSP 实现FIR滤波器滤波 ,其总体过程是为DSP 中编写处理程序提供滤波器系数。在MATLAB中利用滤波器设计、分析工具( FDATOOL) ,根据指定的滤波器性能快速设计一个FIR ,然后把滤波器系数以头文件形式导入CCS 中,头文件中包含MATLAB 辅助DSP 实现FIR 数字滤波器的阶数和系数数组,在MATLAB中调试、运行DSP 程序并显示、分析处理后的数据。
打开CCS IDE 中file的data加载初始化data数据，在Address中输入数据存放的起始地址indata，并设置数据栈长度。
6.1.3 运行程序仿真
运行程序，查看输入输出波形，修改相应参数进行调试。
在View的Graph中单击Time/frequency出现graph property dialog框。
将显示类型，图形名称，起始地址，抽样点数，数据类型等分别进行设置，输出各种波形。输出滤波前的信号时域波形。首先，设置如下图所示，输出滤波前的信号时域波形。
图 2 滤波前语音信号的时域Graph Property Dialog设置参数图将Display Type改为FFT Magnitude 就可以看到滤波前信号的频谱，将Start Address改为outdata就可以看到滤波后信号的时域波形和频谱。
6.2 CCS仿真结果
图 3 滤波前语音信号的时域波形图
图 4 滤波前信号频谱波形图6.2.2 FIR滤波器滤波后的信号
图 5 滤波后信号时域波形图
图 6 滤波后信号频谱图
图3波前的信号，由高频信号和原信号叠加而成的波形较为杂乱，加噪后的信号幅值较大。图5波后的信号，从图上可以看到信号幅度较低，波形较为清晰。
对比图4图6可以看到加躁后信号幅值较大，信号的能量集中在高频段，滤波后，高频成分大部分被滤去，信号的能量主要集中在低频段。
7 调试问题及解决方法
1）实验时，未做初始化设置直接进入，没有装入gel文件及相关参数，导致输入代码编译链接后不能载入程序。
解决方法：初始化设置软件仿真cpu和硬件仿真cpu，并设置其中所用的gel文件，保存并退出启动dsp选择忽略进入编辑编译初始化界面，由软件仿真cpu 进入编辑编译工具。
2）在解决问题1后，载入程序，载入数据，并设置载入数据的初始地址和长度，运行程序，发现程序一直卡死在某个地方，无法显示正确的时域图和频域图。
解决方法：换了一台电脑运行，发现问题已被解决，可能原因是自己电脑安装时装少了一些文件。
8 设计感想
刚开始面对大作业的时候，我们都还是觉得很生疏，不知从哪里入手，尽管做过实验。对于自己选的题目，具体需要做什么，能不能做出来，我们并不清楚。但当时间一天天过去后，我们开始认真起来了。从复习课本，再到复习实验，相互探讨编程思路，上网搜索资料，调试实验等，我们都在努力的自学着。
首先，是学习上的巩固。一方面，通过复习课本和实验，对DSP的基础知识又有了很大的巩固。其次，通过对用Mathlab实现FIR滤波器的设计，熟悉了matlab软件的一些相关的窗口函数以及相关功能的调用，如怎样实现窗函数的调用，怎样实现滤波，等等。
第二，对FIR的滤波器性能和作用有了更深一层的了解。FIR滤波器的应用十分广泛，当今许多信号处理系统和图像处理系统等都要求信号具有线性相位特性。在这方面，FIR滤波器有十分独特的优点，运用mathlab语言，我们能够很容易的设计出具有严格线性相位的FIR滤波系统，以及比较容易的实现。此外，我们还知道了FIR滤波器是永远稳定的，因为FIR滤波器的冲激响应是有限长序列，其系统函数为一个多项式，它所含的的极点多为原点。
最后，也感谢徐梅宣老师的指导，跑了她办公室两次咨询情况，都很耐心解
答，真给了一些写报告或者软件应用的建议。
参考文献
[1] 邹彦，DSP原理及应用（修订版），北京：电子工业出版社，2012．
[2] 王宏. MATLAB6.5及其在信号处理中的应用.[M]. 北京:清华大学出版社,2004
[3] 高西全,丁玉美,阔永红.数字信号处理---原理、实现及应用.[M].北京:电子工业出版社,2006
[4] 胡广书编著，数字信号处理理论、算法与实现.北京：清华大学出版社，2005；
附录
1.主程序fir.asm：
.title "FIR.ASM"
.mmregs
.def start
.bss yn,1
xn .usect "xn",37
hn .usect "hn",37
indata .usect "indata",300
outdata .usect "outdata",256
.data
fir_coff:
.word -10*1024/10000,-36*1024/10000
.word 0*1024/10000,65*1024/10000
.word 32*1024/10000,-88*1024/10000
.word -93*1024/10000,90*1024/10000
.word 184*1024/10000,-47*1024/10000
.word -297*1024/10000,-71*1024/10000
.word 417*1024/10000,316*1024/10000
.word -524*1024/10000,-848*1024/10000
.word 598*1024/10000,3108*1024/10000
.word 4375*1024/10000
.word 3108*1024/10000,598*1024/10000
.word -848*1024/10000,-524*1024/10000
.word 316*1024/10000,417*1024/10000
.word -71*1024/10000,-297*1024/10000
.word -47*1024/10000,184*1024/10000
.word 90*1024/10000,-93*1024/10000
.word -88*1024/10000,32*1024/10000
.word 65*1024/10000,0*1024/10000
.word -36*1024/10000,-10*1024/10000
.text
start:
ssbx frct ;使用小数运算
stm #hn,ar1 ;系数首地址
rpt #36 ;将系数移入循
mvpd fir_coff,*ar1+ ;环缓冲区
stm #-1,ar0
stm #outdata,ar5
stm #indata,ar4
stm #xn+36,ar2
rpt #36 ;将输入数据移入
mvdd *ar4+,*ar2+0% ;循环缓冲区
stm #xn+36,ar2 ;指向第一个输入
stm #hn+36,ar3
stm #37,bk ;缓冲区大小37
stm #255,brc ;块重复256次
stm #-1,ar0
rptb loop-1 ;块程序重复大小
rptz a,#36 ;计算一个输出
mac *ar2+0%,*ar3+0%,a
sth a,*(yn) ;保存输出
mvkd *(yn),*ar5+
mvdd *ar4+,*ar2+0% ;读进一个输入loop: nop
b loop
.end
2．链接命令文件fir.cmd：
MEMORY
{ PAGE 0:
PARAM: org=00E0h len=1000h PAGE 1:
SPRAM org=0060h len=0020h
DARAM: org=0080h len=1380h
}
SECTIONS
{
.text :> PARAM PAGE 0
.data :> PARAM PAGE 0
.bss :> SPRAM PAGE 1
xn : align (64) {} > DARAM PAGE 1
hn : align (64) {} > DARAM PAGE 1
indata :> DARAM PAGE 1
outdata :> DARAM PAGE 1 }
******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 信号处理课程设计 题目：基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪专业班级：通信工程（1）班 姓名：王兴栋 学号：10250114 指导教师：陈海燕 成绩：
摘要 语音信号在数字信号处理中占有极其重要的地位，因此选择通过对语音信号的研究来巩固和掌握数字信号处理的基本能力十分具有代表性。对数字信号处理离不开滤波器，因此滤波器的设计在信号处理中占有极其重要的地位。而MATLAB 软件工具箱提供了对各种数字滤波器的设计。本论文“在MATLAB平台上实现对语音信号的去噪研究与仿真”综合运用了数字信号处理的各种基本知识，进而对不带噪语音信号进行谱分析以及带噪语音信号进行谱分析和滤波处理。通过理论推导得出相应的结论，再通过利用MATLAB作为编程工具来进行计算机实现比价已验证推导出来的结论。在设计过程中，通过设计FIR数字滤波器和IIR数字滤波器来完成滤波处理。在设计过程中，运用了MATLAB对整个设计中的图形的绘制和一些数据的计算以及仿真。 关键字滤波器；MATLAB；仿真；滤波
前言 语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段。随着社会文化的进步和科学技术的发展，人类开始进入了信息化时代，用现代手段研究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、和获取语音信息，这对于促进社会的发展具有十分重要的意义，因此，语音信号处理正越来越受到人们的关注和广泛的研究。 语音信号是信息技术处理中最重要的一门科学，是人类社会几步的标志。那么什么是语音？语音是人类特有的功能，也是人类获取外界信息的重要工具，也是人与人交流必不可少的重要手段。那么什么又是信号？那信号是什么呢？信号是传递信息的函数。离散时间信号——序列——可以用图形来表示。 语音信号处理是一门用研究数字信号处理研究信号的科学。它是一新兴的信息科学，同时又是综合多个学科领域的一门交叉科学。语音在我们的日常生活中随时可见，也随处可见，语音很大程度上可以影响我们的生活。所以研究语音信号无论是在科学领域上还是日常生活中都有其广泛而重要的意义。 本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理。本论文针对以上问题，运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理，在matlab7.0环境下综合运用信号提取，幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是在matlab7.0软件上编写一个处理语音信号的程序，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单语音信号处理的目的。 对语音信号的研究，本论文采用了设计两种滤波器的基本研究方法来达到研究语音信号去噪的目的，最终结合图像以及对语音信号的回放，通过对比，得出结论。
《计算机仿真技术》 基于MATLAB的加噪语音信号的滤波学生姓名： 专业：电子信息工程 班级： 学号： 指导教师： 完成时间：2017年12月
一．滤波器的简述 在MATLAB环境下IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方法即实现方法，并进行图形用户界面设计，以显示所介绍迷你滤波器的设计特性。 在无线脉冲响应（IIR）数字滤波器设计中，先进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换，即采用脉冲响应不变法及双线性Z变化法设计数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换。在有限脉冲响应（FIR）数字滤波器设计中，讨论了FIR线性相位滤波的特点和用窗口函数设计FIR数字滤波器两个问题。两类滤波器整个过程都是按照理论分析、编程设计、集体实现的步骤进行的。为方便分析直观者直观、形象、方便的分析滤波器的特性，创新的设计出图形用户界面---滤波器分析系统。整个系统分为两个界面，其内容主要包括四个部分：System（系统）、Analysis（分析）、Tool（工具）、Help（帮助）。 数字滤波在DSP中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应，分为IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器。如果IRR 滤波器和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性，执行速度更快，所有的存储单元更少，所以既经济又高效。二．设计要求 1.在matlab平台上录制一段语音信号； 2.完成语音信号的谱分析； 3.对语音信号进行加噪以及加噪后信号的谱分析； 4.选择合适的滤波器进行滤波，确定相关指标； 5.实现滤波过程，显示滤波后的结果，并进行谱分析。 三．实验内容与步骤 1、语音信号的录入
基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪设计
****************** 实践教学 ****************** 兰州理工大学 计算机与通信学院 《信号处理》课程设计题目：基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪
摘要 随着信息技术的不断发展，现代信号处理正向着数字化发展，研究语音信号的滤波设计也成了现代信息处理的基本内容。本次课程设计主要内容是基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪。主要运用麦克风采集一段语音信号，对其进行了时域分析和频谱分析，分析语音信号的特性，并对语音信号加入了随机噪声，采用凯塞（Kaiser）窗函数法设计了一个FIR 低通滤波器，然后对加噪的语音信号进行滤波处理。最后对滤波前后的语音信号的时域和频域特性进行对比。 关键词:MATLAB；语音信号；FIR滤波器；凯塞(Kaiser)窗
目录 第一章语音信号采样和滤波器设计的基本原理1 1.1语音信号采样的基本原理 (1) 1.1.1 采样定理 (1) 1.1.2 采样频率 (1) 1.2数字滤波器的基本理论和设计的基本原理2 1.2.1 数字滤波器的类型 (2) 1.2.2 窗口设计法 (3) 第二章语音信号去噪的总体设计 (6) 2.1 语音信号去噪的设计流程图 (6) 2.2 语音信号去噪的设计流程的介绍 (6) 第三章语音信号去噪的仿真实现及结果分析 8 3.1 语音信号的采集 (8) 3.2 加噪语音信号的频谱分析 (9) 3.3 语音信号的滤波去噪 (10) 3.4 语音信号去噪的结果分析 (12) 总结 (13) 参考文献 (14) 附录 (15) 致谢 (20)
科信学院 DSP应用系统（三级项目）（2014/2015学年第二学期） 课程名称：DSP原理与应用 题目：基于DSP的语音信号FIR低通滤波器设计专业班级：信息1221 学号： 学生姓名：Liu 指导教师： 设计成绩： 2015年7 月10 日
1、项目设计目的 通过课程设计，加深对DSP芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，获得DSP应用技术的实际训练，掌握设计较复杂DSP系统的基本方法、数字滤波器的设计过程，了解FIR 的原理和特性，熟悉设计FIR数字滤波器的原理，学习FIR滤波器的DSP的实现原理，学习使用CCS的波形观察窗口观察输入/输出信号波形和频谱变化情况。 2、项目设计正文 2.1硬件设计 2.1.1方案设计 本次设计基于ccs3.3运行环境下，使用ICETEK-VC5509-EDU实验箱（包括仿真器）、麦克风输入设备、耳机输出相关设备等完成此次设计。主要是通过实验箱上AIC23芯片实时采集语音信号，进行FIR低通滤波，使用MATLAB环境下的FDAtool工具来产生低通滤波器系数，用DSP汇编语言或C语言进行编程实现FIR运算对语音信号进行滤波处理，并且与CCS 算法库中的dsplib中的算法相比较，对所设计的FIR滤波器各项指标进评价。 2.1.2 CCS开发环境配置 CCS可以工作在纯软件仿真环境中，就是由软件在PC机内存中构造一个虚拟的DSP环境， 可以调试、运行程序。但一般软件无法构造DSP中的外设，所以软件仿真通常用于调试纯软 件的算法和进行效率分析等，本次设计将使用硬件仿真(Emulator)。 在使用软件仿真方式工作时，无需连接板卡和仿真器等硬件。 ⑴双击桌面上图标：进入CCS设置窗口。 ⑵在出现的窗口中按标号顺序进行如下设置：
语音信号滤波去噪——使用TUKEYWIN窗 设计的FIR滤波器 摘要本课程设计主要使用TUKEYWIN窗设计的FIR滤波器对语音信号进行滤波去噪。课程设计的的平台为MATLAB。采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，给定相应技术指标，用窗函数法设计一个满足指标的FIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理。根据滤波后的时域图和原始语音信号时域图的比较，以及滤波后信号的频谱图和原始音乐信号频谱图的比较，最后回放滤波后音乐信号，滤波后的音乐信号与原始音乐信号一样清晰，成功地实现了滤波，达到了设计的要求。 关键词课程设计；滤波去噪；FIR滤波器；TUKEYWIN窗；MATLAB 1 引言 本课程设计是采用TUKEYWIN窗设计的FIR滤波器对语音信号进行滤波去噪。通过课程设计了解FIR滤波器设计的原理和步骤，掌握用Matlab语言设计滤波器的方法，了解DSP对FIR滤波器的设计及编程方法。通过观察音乐信号滤波前后的时域波形的比较，加深对滤波器作用的理解。通过对比滤波前后波形图的比较和放滤波前后音乐信号的对比，可以看出滤波器对有用信号无失真放大具有重大意义。 1.1 课程设计目的 熟悉Matlab语言环境，掌握Matlab语言的编程规则，利用TUKEYWIN窗函数设计法来设计符合要求的FIR滤波器来实现语音信号的滤波去噪。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。通过本次课程设计熟悉利用TUKEYWIN窗函数法设计FIR滤波器的过程。增强自己独立解决问题的能力，提高自己
的动手能力。加深对理论知识联系实际问题的理解。为以后的工作奠定坚实的基础。 1.2 课程设计要求 录制一段语音信号，绘制观察波形及频谱图。根据TUKEYWIN的性能指标合理设计FIR滤波器，对语音信号加入干扰，再用滤波器对干扰语音信号进行滤波去噪，比较滤波前后的频谱图并进行分析。再回放语音信号对比原语音信号。看滤波器是否对语音信号进行了滤波去噪。 1.3课程设计平台 MATLAB名字由MATrix和LABoratory两词的前3个字母组合而成。20世纪70年代后期，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB[1]。 MATLAB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。目前，Mathworks公司已推出30多个应用工具箱。MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值及优化、数理统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、信号和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统、以及财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。 MATLAB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，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[2]。 2 基本理论
目录 1 绪论 (2) 2课程设计的具体实现 (4) 2.1 语音信号的录制 (4) 2.2 FIR滤波器的设计方法 (4) 3语音信号的时频分析 (5) 3.1语音信号载入MATLAB (5) 3.2语音信号时域和频域分析 (6) 3.3设计FIR数字滤波器 (7) 3.3.1 窗函数hamming设计带通滤波器 (8) 3.3.2 窗函数hanning设计带通滤波器 (9) 3.3.3 窗函数Blackman设计带通滤波器 (10) 3.3.4 窗函数Boxcar设计带通滤波器 (11) 3.4滤波之后的时域和频域分析 (12) 3.4.1 窗函数hamming设计带通滤波器滤波 (13) 3.4.2 窗函数hanning设计带通滤波器滤波 (13) 3.4.3 窗函数Blackman设计带通滤波器滤波 (14) 3.4.4 窗函数Boxcar设计带通滤波器滤波 (15) 3.5回放语音信号 (16)
结论 (16) 参考文献 (18) 1 绪论 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response)滤波器
语音信号滤波去噪——使用汉宁窗设计的 FIR滤波器 学生姓名：指导老师： 摘要本课程设计主要是对一段语音信号，加入噪声后，用汉宁窗设计出的FIR滤波器对加入噪声后的语音信号进行滤波去噪处理。在此次课程设计中，系统操作平台为Windows XP，程序设计的操作软件为MATLAB 7.0。此课程设计首先是用麦克风采集一段语音信号，加入噪声，然后采用汉宁窗函数法设计出FIR滤波器，再用设计出的滤波器对这段加噪后的语音信号进行滤波去噪，最后对前后时域和频域的波形图进行对比分析，从波形可以看出噪声被完全滤除，达到了语音不失真的效果，说明此次设计非常成功。 关键词程序设计；滤波去噪；FIR滤波器；汉宁窗；MATLAB 7.0 1 引言 本课程设计主要是对一段语音信号，进行加噪后，用某种函数法设计出的FIR滤波器对加入噪声后的语音信号进行滤波去噪处理，并且分析对比前后时域和频域波形的程序设计。 1.1 课程设计目的 在此次课程中主要的要求是用麦克风采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，给定相应技术指标，用汉宁窗设计一个满足指标的FIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后的波形和频谱并进行分析，根据结果和学过的理论得出合理的结论。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的优劣。 通过此次课程设计，我们能够学会如何综合运用这些知识，并把这些知识运用于实践当中，使所学知识在综合运用能力上以及分析问题、解决问题能力上得到进一步的发展，
让自己对这些知识有更深的了解。通过课程设计培养严谨的科学态度，认真的工作作风和团队协作精神。 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）独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。 1.3 工作平台简介 课程设计的主要设计平台式MATLAB 7.0。如下图1-1所示：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[1]。 总的来说，该软件有三大特点。一是功能强大。具有数值计算和符号计算、计算结果和编程可视化、数学和文字统一处理、离线和在线计算等功能；二是界面友善、语言自然。MATLAB以复数处理作为计算单元，指令表达与标准教科书的数学表达式相近；三是开放性强。当学好MATLAB的同时，会更好的帮助自己去就解决一些难题，而且MATLAB拥有非常好的发展前途，对我们未来的帮助也是不可限量的。
DSP课程设计报告语音信号的FIR滤波器处理 姓名：张伟槟 班级：12电信3 学号：201231190425 指导老师：徐梅宣 日期：2015.06.02～2014.06.19 华南农业大学电子工程学院
摘要 随着信息与数字技术的发展，数字信号处理已经成为当今极其重要而学科与技术领域之一。它在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理的基本方法中，通常会涉及到变换、滤波、频谱分析、调制解调和编码解码等处理。其中滤波是应用非常广泛的一个环节，数字滤波器的理论和相关设计也一直都是人们研究的重点之一。FIR滤波器的是非递归的，稳定性好，精度高；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特征。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输和生物医学等领域得到广泛应用。 CSS集成开发环境使用CCS内置的软件仿真simulator对程序进行编译，调试和运行，主要用于检测目标程序运行的正确性和连贯性,并能通过仿真器与目标板连接，在目标板上实时观察效果。 在本次设计中，我们选择的课题是基于DSP的语言信号的FIR滤波处理。首先利用MATLAB进行了仿真，得到滤波前后的时域波形和频谱。然后通过调用MATLAB的分析工具FDATOOL，根据仿真结果导出了滤波器的相关参数，将原始信号数据和滤波器参数输入CCS进行DSP编程。最后在DSP中实现了FIR低通滤波，并通过CCS的频谱分析功能查看了最终DSP的滤波效果。 关键词:语音信号处理 FIR滤波 MATLAB CCS
目录 1.前言 (4) 2.设计需求 (4) 3.滤波器设计原理介绍 (4) 3.1数字滤波器设计原理 (4) 3.2FIR滤波器的基本结构 (5) 3.3 滤波器的特点 (5) 3.4窗函数的介绍 (6) 4.FIR滤波器的设计 (7) 4.1FIR滤波器设计 (7) 4.2窗函数设计的基本方法 (7) 4.3滤波器的1 z算法实现 (7) 5.FIR滤波器的MATLAB设计 (8) 6.FIR滤波器的DSP实现 (10) 6.1CCS设计与仿真 (10) 6.2CCS仿真结果 (13) 6.调试问题及解决办法 (16) 7.设计感想 (16) 参考文献 (17) 8.附录 (17)
音乐信号滤波去噪—用凯塞窗设计的FIR 滤波器 学生姓名：指导老师： 摘要本课程设计主要是通过使用凯塞窗设计一个FIR滤波器以对音乐信号进行滤波去噪处理。本设计首先通过麦克风采集一段音乐信号，依据对该信号的频谱分析，给定相关指标。以MATLAB软件为平台，采用凯塞窗设计满足指标的FIR滤波器，以该音乐信号进行滤波去噪处理。通过对比滤波前后的波形图，深入了解滤波器的基本方法。通过程序调试及完善，该设计基本满足设计要求。 关键词滤波去噪；FIR滤波器；凯塞窗函数；MATLAB
1 引言 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统,它是通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。随着现代通信的数字化,数字滤波器变得更加重要。数字滤波器的种类很多，但总的来说可以分成两大类，一类是经典滤波器，另一类可称为现代滤波器。从滤波特性方面考虑，数字滤波器可分成数字高通、数字低通、数字带通和数字带阻等滤波器。从实现方法上考虑，将滤波器分成两种，一种称为无限脉冲响应滤波器，简称IIR（Infinite Impulse Response）滤波器，另一种称为FIR（Finite Impulse Response）滤波器[1]。设计FIR数字滤波器的方法有窗函数法、频率采样法和等波纹最佳逼近法等。 1.1 课程设计目的 数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。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。 在本次课程设计中，最主要的设计是设计FIR滤波器，FIR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。 本次的课程设计主要采用的是第一类设计方法，是利用汉宁窗函数法设计FIR滤波器对一段语音进行滤波去噪，通过这一过程，对滤波前后波形进行对比分析得到结论。此课程设计比较简单，主要是将书本中的知识运用到现实中，并且根据自己对设计题目的理解，运用软件编写出程序实现这一设计，也是我们对数字信号处理的原理进行验证的一个过程。对此，也可以加深我们对所学知识的理解，培养我们的动手能力。 1.2课程设计的要求 （1）通过利用各种不同的开发工具实现模拟信号数字化、信道编解码、基带数字信号编解码、数字信号的调制解调和语音信号的滤波去噪等课题，掌握数字信号的分析方法和处理方法。
课程设计任务书学生姓名：苗强强专业班级：电信1204 指导教师：阙大顺沈维聪工作单位：信息工程学院 题目: 程控宽带放大器的设计 初始条件： 程控宽带放大器是电子电路中常用模块，在智能仪器设备及嵌入式系统中有广泛的应用。因此对于电子信息专业的技术人员来说，熟练掌握该项技术很有必要。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） （1）输入阻抗>1KΩ,单端输入，单端输出，放大器负载电阻为600Ω； （2）3dB通频带10kHz~6MHz，在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。 （3）增益调节范围10 dB~40 dB，（通过键盘操作调节）。 （4）发挥部分：当输入频率或输出负载发生变化时，通过微处理器自动调节，保持放大器增益不变。 （5）电路通过仿真即可。 时间安排：
1. 任务书下达，查阅资料1天 2. 制图规范、设计说明书讲解2天 3. 设计计算说明书的书写5天 4. 绘制图纸1天 5. 答辩1天 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 摘要 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。
基于数字滤波器的语音信号处理系统的设计 前言：语音信号的数字滤波就是利用快速傅里叶变换fft对语音信号进行频谱分析，利用分析得到的指标设计数字滤波器，将不需要的部分通过设计好的数字滤波器滤除掉，以达到优化语音的目的。数字滤波器是一种对数字信号进行处理的系统，数字滤波器完成数字信号滤波处理功能，其输入是一组数字量，其输出是经过变换的另一组数字量。它通过一定的运算关系或电路形式来改变输入信号所包含的频率成分的相对比例或滤出某些频率成分，数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等优点。随着数字技术的发展，用数字技术实现滤波器的功能越来越受到人们的注意和广泛的应用。 摘要：本文介绍了两种数字滤波器的基本设计原理及步骤1、利用双线性变换法以及脉冲响应不变法设计IIR数字滤波器2、用窗函数法实现FIR数字滤波器的设计。并且把理论与实践结合，通过一段语音，利用MATLAB软件分析语音信号频谱，确定指标设计滤波器，编写程序设计滤波器，对语音信号进行滤波处理，分析滤波后的时域和频域特征，回放语音信号分析其经过信号处理后的效果。 正文 1、总体设计 1.1 总体设计内容 1）利用脉冲响应不变法和双线性变换法设计IIR数字滤波器，实现数字低通、数字高通、数字带通、数字带阻。 2）利用窗函数实现FIR数字滤波器的设计 3）设计完整的语音信号处理系统，可实现语音信号的读入、语音信号的频域分析、滤波器选择、语音信号的时/频域滤波操作、语音信号的短时频域分析等功能。 1.2 课设流程图设计
2、模块设计 2.1 语音信号的采集 用windows工具中的录音机录一段（语音信号），将语音信号的文件命名为test.wav. 将语音文件保存后，在MATLAB软件平台下，首先调用wavread函数可采集到录制的音乐信号，并得到其采样率fs和比特数bits。具体调用如下：>> [y,fs,bits]=wavread('d:\test.wav')%读取语音信号。 运行后得出fs，bit。其中参数y是每个样本的值，fs是生成该波形文件时的采样率，bits 是波形文件每样的编码位数。 sound(y); 用于对声音的回放。向量y则就代表了一个信号，也即一个复杂的“函数表达式”，也可以说像处理一个信号的表达式一样处理这个声音信号。 2.2 语音信号的时域及频域分析 语音信号分析是语音信号处理的前提和基础，只有分析出可表示语音信号本质特征的参数，才有可能利用这些参数进行高效的语音通信、语音合成和语音识别等处理。而且，语音合成的音质好坏，语音识别率的高低，也都取决于对语音信号分桥的准确性和精确性。因此语音信号分析在语音信号处理应用中具有举足轻重的地位。 2.2.1语音信号的时域分析 语音信号的时域分析就是分析和提取语音信号的时域参数。进行语音分析时，最先接触到并且也是最直观的是它的时域波形。语音信号本身就是时域信号，因而时域分析是最早使用，也是应用最广泛的一种分析方法，这种方法直接利用语音信号的时域波形。 运用matlab软件，调用plot函数，在读取语音信号的基础上画出语音信号的时域波形图。理想状态下，语音信号的时域波形应该是关于时间轴对称的，但是实际情况下，由于存在着一些噪音，使得波形看上去不是那么完美。 2.2.2语音信号的频域分析 对语音信号进行频谱分析。MATLAB提供了快速傅里叶变换算法FFT计算DFT的函数fft,调用格式如下： Xk=fft(xn,N) 参数xn为被变换的时域序列向量，N是DFT变换区间的长度，当N大于xn时，fft函数自动在xn后面补零，当N小于xn的长度时，fft函数计算xn的前N个元素，忽略其后面的元素。在本次设计中，调用fft函数得到语音信号的快速傅里叶变换序列，再用plot函数画出信号的频谱图。 2.3 IIR数字滤波器的设计 IIR滤波器系统函数的极点可以再单位圆内的任何位置，实现IIR滤波器的阶次较低，所用的存储单元较少，效率高，又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优良特性，因 此应用很广。设计IIR数字滤波器的方法主要有基于脉冲响应不变法和双线性Z变换法设计，
摘要 本次课程设计分析了FIR数字滤波器的基本原理，在MATLAB环境下利用窗函数设计FIR低通滤波器，实现了FIR低通滤波器的设计仿真。本文根据滤波后的时域图和原始语音信号时域图的比较，以及滤波后信号的频谱图和原始语音信号频谱图的比较，最后回放滤波后语音信号，滤波后的语音信号与原始语音信号一样清晰，仿真结果表明，设计的FIR滤波器的各项性能指标均达到了指定要求，设计过程简便易行。该方法为快速、高效地设计FIR滤波器提供了一个可靠而有效的途径。 关键词：DSP ；FIR；低通滤波器；语音信号；MATLAB
目录 第一章引言 (1) 1.1 设计目的及意义 (1) 1.2 设计任务及要求 (2) 1.3 课程设计平台 (2) 第二章基本原理 (3) 2.1 FIR滤波器的基本概念 (3) 2.2 FIR滤波器的特点 (3) 2.3 FIR滤波器的种类 (4) 第三章FIR数字低通滤波器的设计 (5) 3.1 FIR低通滤波器设计原理 (5) 3.2 FIR低通滤波器的设计方法 (5) 3.2.1 频率采样法 (5) 3.2.2 最优化设计 (6) 3.2.3 窗函数法 (6) 3.3 窗函数法设计步骤 (8) 第四章详细设计 (9) 4.1 语音信号的采集 (9) 4.2 语音信号的读入与打开 (10) 4.3 语音信号的FFT变换 (11) 4.4 含噪信号的合成 (12) 4.5 利用FIR滤波器滤波 (13) 4.6 结果分析 (14) 总结 (15) 参考文献 (16) 附录 (17) 致谢 (21)
第一章引言 随着信息科学和计算机技术的不断发展，数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)的理论和技术也得到了飞速的发展，并逐渐成为一门重要的学科，它的重要性在日常通信、图像处理、遥感、声纳、生物医学、地震、消费电子、国防军事、医疗方面等显得尤为突出。在我们面临的信息革命中，数字信号处理几乎涉及了所有的工程技术领域。 数字信号处理是一种将信号以数字形式进行处理的一种理论和技术，它的目的是将真实世界中的一些信号进行分析并滤波，最后得出其中的有用的信号。数字滤波器是数字信号处理的一种，一般根据单位脉冲响应h(n)分为无限脉冲响应(IIR)和有限脉冲响应(FIR)系统。IIR数字滤波器的设计方法简单，特别是采用双线性变换法来设计的数字滤波器不存在频域混叠的现象，但是IIR滤波器存在一个较为明显的缺憾，就是它的相位响应一般都是非线性的，而在传输频带内的相位响应如果不是线性的，就会造成有用信号的传输失真，而FIR数字滤波器不仅可以设计成任意的幅度响应，而且可以设计成在通频带内具有良好的线性相位响应。FIR数字滤波器的单位脉冲响应h(n)有限长，所以FIR数字滤波器是稳定的，不存在稳定性的问题，且可以通过快速傅里叶变换(FFT)的算法来实现信号滤波，大大的提高的运算效率。[1]因此，FIR数字滤波器日益引起了人们的关注。 本课程设计是采用kaiser窗设计的FIR滤波器对语音信号进行滤波去噪。通过课程设计了解FIR滤波器设计的原理和步骤，掌握用Matlab语言设计滤波器的方法，了解DSP对FIR滤波器的设计及编程方法。通过观察语音信号滤波前后的时域波形的比较，加深对滤波器作用的理解。通过对比滤波前后波形图的比较和放滤波前后语音信号的对比，可以看出滤波器对有用信号无失真放大具有重大意义。 1.1 设计目的及意义 《信号处理》课程设计是现代信号处理技术课程的有效补充部分，通过课程设计，使得学生在设计过程中了解完整的现代信号处理技术的工程实现方法和流程，从而对现代信号处理技术的理论有更深入的认识。本课程设计的目的是通过学生使用MATLAB等工具，采用窗函数法设计符合一定参数要求的FIR滤波器，并用所设计的滤波器对加噪语音信号进行滤波去噪处理。
目录 一．绪论 1.课题背景 (2) 2.本次课程设计的目的 (2) 二．设计原理及实验工具 1.设计原理 （1）采样频率、位数及采样定理 (3) （2）时域信号的FFT分析 (4) （3）基于窗函数的FIR数字滤波器设计法 (4) 2.实验工具 (5) 三．仿真程序及频谱分析 1.语音信号的频谱分析 (5) 2.FFT频谱分析 (7) 3.FIR数字低通滤波器的设计 (8) 4.FIR数字高通滤波器的设计 (10) 5.FIR数字带通滤波器的设计 (13) 6.保存滤波后的声音文件 (15) 五．设计总结 (15) 六．参考文献 (16)
一．绪论 1.课题背景 随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理己成为当今一门极其重要的学科和技术领域，数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。任意一个信号都具有时域与频域特性，信号的频谱完全代表了信号，因而研究信号的频谱就等于研究信号本身。通常从频域角度对信号进行分析与处理，容易对信号的特性获得深入的了解。因此，信号的频谱分析是数字信号处理技术中的一种较为重要的工具。在工程领域中，MATLAB 是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MATLAB显得游刃有余。 2.本次课程设计的目的 （1）掌握傅里叶变换的物理意义，深刻理解傅里叶变换的内涵（2）了解matlab对声音信号的处理指令 （3）聊二级计算机存储信号的方式及语音信号的特点 （4）加深对采样定理的理解 （5）加深对信号分析工程应用的理解，拓展学生在信号分析领域的综合应用能力 （6）掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法 （7）掌握FIR滤波器的快速卷积实现原理。
（语音信号的FIR滤波器处理） 课程名称：DSP原理及应用 报告提交日期2011年12月13日项目答辩日期2011年12月13日 1 导论以及设计要求 1.1引言 随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为如今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。 数字信号处理器，也称DSP芯片，是针对数字信号处理需要而设计的一种具有特殊结构的微处理器，它是现代电子技术、相结合的产物。一门主流技术，随着信息处理技术的飞速发展，计算机技术和数字信号处理技术逐渐发展成为使它在电子信息、通信、软件无线电、自动控制、仪表技术、信息家电等高科技领域得到了越来越广泛的应用。 数字滤波是语音处理、图像处理、频谱分析等应用中的基本处理算法。DSP 是一种处理数字信号的专用微处理器, 主要应用于实时快速地实现各种信号的数
字处理算法。用 DSP 芯片实现数字滤波具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点。 数字滤波器分为有限冲激响应滤波器（FIR滤波器）和无限冲激响应滤波器（IIR滤波器）。FIR 滤波器属于经典滤波器，优点就是由于不存在系统极点，FIR 滤波器是绝对稳定的系统，FIR 滤波器还确保了线性相位，在信号处理中占有极其重要的地位。数字滤波器一直以来就是数字信号处理器（DSP）最广为人知的应用，FIR 滤波器的单位冲激响应 b(n)为有限长序列,若 b(n)为实数, 且满足偶对称:b(n)= b(N- 1- n)的条件, 称为系数对称FIR 滤波器。系数对称 FIR 滤波器在数字信号处理中应用十分广泛。 1.2设计的目的 通过课程设计，加深对DSP芯片TMS320C54x的结构、工作原理的理解，获得DSP应用技术的实际训练，掌握设计较复杂DSP系统的基本方法。通过使用汇编语言编写具有完整功能的图形处理程序或信息系统，使学生加深对所学知识的理解，进一步巩固汇编语言讲法规则。学会编制结构清晰、风格良好、数据结构适当的汇编语言程序，从而具备解决综合性实际问题的能力。 1.3设计指标要求 (1）设计一个低通滤波器（参数自定） （2）滤波器的设计的原理介绍 （3）FIR滤波器的设计 （4）FIR滤波器的DSP实现 （5）FIR滤波器的检验（用语音信号通过滤波器后查看滤波效果是否达到设计要求。） 2滤波器的基础知识 2.1 滤波器的定义 Finite Impulse Response)滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR
宜宾学院 物理与电子工程学院（DSP）设计报告 题目：音频信号频谱及滤波 专业：物理与电子工程学院 班级：2012级硕勋励志班 学号：120302023 姓名：杨龙
音频信号频谱分析及滤波 一、 设计任务 1、 用计算机 开始—所有程序---娱乐—录音机程序，录取本人的“物电学院”音频信号，时间约为2秒。格式为8KHz 采样，8位量化，单声道，以自已名字命名的.wav 文件。（格式转化在录音机的“文件”下拉菜单的“属性”，选择“立即转换”,再到“属性”里选择相应参数计算机录音一般是采样率为44.1kHz ，16位量化；为减小计算量，在录机的文件—属性—立即转换, 将声音数据转换为采样率8kHz ，8位量化）。 2、 对语音信号逐字进行频谱分析，分析自己语音信号的频谱特征。用wavread()读取声音文件，作图画出声音的时域波形，对其进行频谱分析，画出其频域波形。分析自已音频信号的特点。 3、设计一个0Hz----3.4KHz 的IIR 低通滤波器， Hz f p 3400= , Hz f s 3550=, dB s 25=α dB p 1=α。对“物”字和“电”字音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。同时用sound 回放滤波后的声音信号。 （本题即为设计一个IIR 低通滤波器，通带截止频率为3400Hz,阻带截止频率为3550Hz ，阻带衰减为25dB,通带衰减为1dB ） 4、设计一个0Hz----3.4KHz 的FIR 低通滤波器，Hz f p 3400= , Hz f s 3550=, dB s 25=α dB p 1=α 。对“物”字和“电”字音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。同时用sound 回放滤波后的声音信号。 （本题即为设计一个FIR 低通滤波器，通带截止频率为3400Hz,阻带截止频率为3550Hz ，阻带衰减为25dB,通带衰减为1dB ） 5、设计一个100Hz----8KHz 的IIR 带通滤波器，Hz f s 01=, Hz f p 1001= , Hz f p 80002= , Hz f s 81001=, dB s 25=α dB p 1=α，对“学”字和“院”字的音频信号逐字滤波。 要求：画出所设计滤波器的幅频特性曲线，并用该滤波器对音频信号滤波，画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域
选题2 实验讲义 实验名称：基于分布式算法的FIR 滤波器设计 1．数字滤波器基础知识 数字滤波是信号与信号处理领域的一个重要分支，在语音图像处理、模式识别、谱分析、无线通信等领域都有着非常广泛的应用。通过滤波运算，将一组输入数据序列转变为另一组输出数据序列，从而达到修正时域或频域中信号属性的目的。数字滤波器就是用于完成这种信号滤波功能，用有限精度算法来实现的一种离散时间线性时不变（LTI ）系统。相比于模拟滤波器，数字滤波器具有以下优点：（1）数字滤波器的频域特性容易控制，性能指标优良；（2）数字滤波器可以工作在极低的频率，可以方便地实现模拟滤波器难以实现的线性相位系统；（3）数字滤波器工作稳定，一般不会受到外部环境的影响；（4）数字滤波器的灵活性和可重用性高，只需要简单编程就可以修改滤波器的特性，设计周期短。数字滤波器的实现可以采用专用DSP 芯片，通过编写程序，利用软、硬件结合完成滤波器设计，也可以采用市面上通用的数字滤波器集成电路来实现，但这两种方法无法适应高速应用场合。随着集成电路技术的高速发展，FPGA 应用越来越普及，FPGA 器件具有芯片密度大、执行效率高，速度快，集成度高等优点，用FPGA 芯片作为滤波器的设计载体，可以实现高速信号滤波功能。 1.1 FIR 数字滤波器特点 数字滤波器通常分为IIR （无限冲激响应）和FIR(有限冲激响应)两种。FIR 滤波器具有以下特点：（1）可以做成严格的线性相位，同时又可以具有任意的幅度特性（2）单位冲激响应是有限长的，所以一定是稳定的，因此在实际中得到广泛的应用。 1.2 FIR 滤波器结构 设FIR 滤波器的单位冲激响应为)(n h ，10-≤≤N n ， 系统函数 ∑-=-= 1 )()(N n n z n h Z H 差分方程形式为：∑-=-=1 )()()(N k k n x k h n y （1） 基本结构（直接型）：
1.课程设计目的、内容和要求 一、课程设计目的： 通过本次课程设计，要求学生对DSP这门课程所学的基础知识、理论加以理解，学以致用。初步培养学生对工程设计的独立工作能力，掌握电子系统设计的一般方法。培养学生的动手能力，以及团队合作能力。 二、课程设计内容： 通过DSP处理器通过A/D采集音频信号，在CCS软件中分析音频信号的频谱图，使用Matlab设计相应的FIR数字滤波器（低通）并得到滤波器H(z)的系数，然后根据这些系数，编写DSP程序（C语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在CCS软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。 三、课程设计要求： 1、使用Matlab对FIR滤波器的设计； 2、编写FIR滤波处理的DSP程序，查看并记录处理后的信号频谱； 3、通过D/A实现数字量到模拟量的转换，回放处理后的声音； 4、正确、完整的阐述设计和实验结果； 5、绘制程序的流程图，并文字说明。
2 设计基本原理及软件简介 2.1 设计总体方案 本题目通过DSP 处理器通过A/D 采集音频信号，在CCS 软件中分析音频信号的频 谱图，使用Matlab 设计相应的FIR 数字滤波器（低通）并得到滤波器H(z)的系数，然 后根据这些系数，编写DSP 程序（C 语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在CCS 软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。其中语音信号的采 集与回放是采用TLV320AIC23芯片，对语音信号进行A/D ，D/A 转换，从而实现对语 音信号的数字处理与回放。DSP 芯片主要是将转化成数字信号的语音信号用DSP 算法 对其进行处理，并将处理后的信号传送到输出端。如下图1所示为本题目的系统总体设 计框图。 图1 系统总体设计框图 2.2 FIR 滤波器的原理及特点 数字滤波器有两类：IIR 数字滤波器和FIR 数字滤波器。FIR 滤波器是有限长单位 冲激响应滤波器,在结构上是非递归型的。它可以在幅度特性随意设计的同时,保证精确 严格的线性相位。FIR 滤波器是有限长单位冲激响应滤波器，它具有以下独特的优点： 语音信号 的采集与 输入 对采集的语音信号A/D 转换 DSP 信号处理器 设计FIR 滤波器编写DSP 程序 对滤波后的语音信号D/A 转换 回放语音 信号