中国民航大学
电子信息工程学院 DSP技术及应用课程设计报告
题目：直接法设计IIR滤波器
专业班级：2011级通信C班
学号：
姓名：
指导教师：
二〇〇年月日
《DSP设计及应用》课程设计报告
目录
一、设计目的 (1)
二、设计要求 (1)
三、设计原理及方案 (1)
四、软件流程 (3)
五、调试分析 (4)
六、设计总结 (5)
七、参考文献 (6)
《信号分析与处理》综合项目设计报告
一、设计目的
1、复习数字信号处理教材中讲解的滤波器的基本设计方法。
2、通过查找资料学习prony和yule-walk滤波器的知识。
3、熟练掌握matlab的常用函数，学会对信号进行处理。
4、学会使用matlab的GUI控件编辑图形用户界面。
5、学习撰写ppt和报告的技巧，培养团队合作能力。
二、设计要求
1、查阅课题相关资料，学习matlab的基本语句，以及设计滤波器的知识，制定设计计划及设计思路。
2、搭建GUI平台，使界面中可以显示原信号时域、频域波形，加噪后信号的时域、频域波形，滤波器的频率响应波形，以及去噪后声音信号的时域、频域波形，方便进行对比。
3、可以打开任意wav格式声音文件。
4、通过添加播放与音量调节按钮，可对声音信号进行播放、调节音量操作。
5、通过录音按钮，可以现场采集声音信号并保存
6、向声音信号添加不同种类噪声，并且可以改变信噪比或噪声频率等参数。
7、用prony及yule-walk方法设计不同类型的IIR滤波器，滤除噪声信号。
8、通过在窗口中输入数值，可以改变滤波器阶数，以及通带与阻带的宽度。
三、设计原理及方案
1、yule-walk法设计IIR滤波器原理：
yulewalk函数使用最小二乘拟合逼近给定的频率特性。不像模拟滤波器原型设计，yulewalk函数设计方法不是基于低通、高通、带通、带阻的设计参数，而是基于离散区域上的特征值。
函数的用法如下：
[b,a]=yulewalk(n,f,m)
该函数返回yule-walk滤波器的系数矩阵[b,a]；其中矩阵f和m是已知的频
率响应；n 是滤波器的阶数。其中频率矩阵f 的元素必须处于范围[0,1]之内，而且必须是升序排列，以0开始，以1结束。 2. prony 法设计IIR 滤波器原理：
和yule-walk 法不同，prony 法是根据给定的冲激响应设计滤波器的一种方法，prony 在滤波器设计、指数信号建模、系统辨识等领域都有广泛的应用。 在matlab 里用prony 函数实现：
[b,a]=prony(h,nb,na)
其中，nb,na 指定滤波器的传递函数中分子和分母的阶数，h 为给定的冲激响应，返回值中b 和a 的长度分别为nb+1和na+1，并且以升幂的形式给出系统的传递函数。 3、设计原理图
添加一个声音信号或录音
开始
初始化（欢迎界面）
得到时域、频域图形
选择噪声种类并设定相关参数，添加噪声
得到加噪后时域、频域图形
加噪后的声音
选择一种滤波器，设定相关参数，进行滤波
得到滤波后的时域、频域图形
得到滤波后的声音
对
比
对比
原理图说明：
（1）初始化：点击开始使用，进入主界面。
（2）添加一个声音信号或点击录制可以录制声音，点击添加后可以得到该声音信号的时域、频域波形。
（3）加入噪声：选择噪声种类、设定相关参数，点击添加后，得到加噪后的声音信号，并在界面中显示加噪后的声音信号的波形。
（4）滤波器滤波：选择适合的滤波器并设定相关参数，点击选择后获得加噪声音信号经滤波器滤波后的声音，以及它的时域、频域波形。
四、平台介绍
欢迎界面，点击“开始使用”进入主界面
在点击“录音开始后”，会在下面的坐标中实时显示波形。
在点击“选择声音信号”，可以选择任意声音信号。
选择声音文件后，就会看到信号的波形和频谱图。
选择噪声类型，并调整参数，点击“添加噪声信号”，即可看到加噪后信号的波形与频谱图。
五、调试分析
在系统编程过程中我们遇到了许多问题，以下几点主要的进行分析说明： 1、 在为声音信号加入正余弦噪声时，无法直接将原始声音与噪声信号相加。 解决方法：由于噪声信号的长度与原始信号不同，必须重新设定使其长度相等，在正余弦噪声后添加“转置加”符号后，两者才可以进行相加。
2、在最开始设计滤波器时，对prony 以及yule-walk 方法的原理不了解，设定的各项参数不合理。
解决方法：通过上网查找资料，借阅书籍，组员之间不断探讨尝试，掌握两种方法的基本原理，设定合适的滤波器参数。
3、不知道button 间的数据如何传递。
解决方法：设置全局变量，数据即可在程序中传递。 4、不知如何将下拉菜单和按钮关联。
解决方法：获取popupmenu 的string 属性，并设为全局变量，在按钮中直接调用即可。
5、在添加背景图后，运行时，坐标轴不能全部显示出来，只有在使用时才会显示。
选择滤波器，调整相应参数，点击“使用滤波器”，即可看到去噪后信号的波形和频谱图，以及滤波器的图。
解决方法：在matlab中添加背景图后，坐标轴确实没有办法完全显示，只能改为使用软件提供的背景色，对界面进行美化。
六、设计总结
通过本次应用matlab实现直接法设计IIR滤波器实验，我们巩固了数字信号处理的知识，掌握了有关滤波器的设计方法，并学习了利用prony和yulewalk 两种新的方法设计滤波器。在使用matlab处理声音信号和设计滤波器过程中和GUI平台的搭建过程中，我们组虽然遇到很多问题，但都经过查资料和询问同学使问题得到了解决，使我们对matlab的使用有了更加深刻的理解。
这次课程设计的经历，我们都受益匪浅，在韩老师和何老师的指导下，我们不光在学术上有所收获，还在ppt设计以及答辩方便得到了很多技巧，而且这次实习还提高了我们团结合作的能力，我们相信这些宝贵的实习经历都会对我们以后的工作有所帮助。
七、参考文献
[1] 陈亚勇. MATLAB信号处理详解.北京：人民邮电出版社，2001.9
[2] 张小虹王丽娟任姝婕. 数字信号处理基础. 北京：清华大学出版社，2007
[3] 万永革.数字信号处理的MATLAB实现.北京：科学出版社，2008.1