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中北大学
课程设计任务书
课程设计题目： 信息处理实践：
语音信号降噪分析
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. 下达任务书日期: 2010 年6 月 6 日
课 程 设 计 任 务 书
1．设计目的：
采集一段语音信号，分析该信号的时域和频域特征，了解噪声在语音信号中的表现特征以及对语音信号的影响，并运用有关滤波器对该信号中的噪声进行去除。这培养学生根据实际信号，采用合适的方法对信号进行处理的能力。
2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：
1、用MATLAB对原始语音信号进行分析，画出它的时域波形和频谱；
2、掌握语音信号与噪声的特点；
3、对滤除噪声后的语音信号进行时域和频谱分析；
4、比较滤波前后的波形。
3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕： .
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课程设计说明书一份；
仿真结果及分析。
课 程 设 计 任 务 书
4．主要参考文献：
[1] 张平.matlab基础与应用. 第2版. 北京：北京航空航天大学出版社，2007
[2] 谢德芳. 数字信号处理. 第1版.北京：科学出版社，2005
[3] 陈后金，薛健，胡健. 数字信号处理. 第1版. 北京：高等教育出版社，2004
[4] 维纳K英格尔，约翰G普罗克斯. 刘树棠. 数字信号处理（MATLAB版）. 第2版. 西安：西安交通大学出版社，2008
[5] 张小虹. 信号系统与数字信号处理. 第1版. 西安：西安电子科技出版社，2002
[6] 蔡启仲. 控制系统计算机辅助设计（MATLAB版）. 第1版. 四川：重庆大学出版社，
5．设计成果形式及要求：
课程设计说明书
仿真结果 .
. 6．工作计划及进度：
2010年
6月6日 ~ 6月10日：查资料；
6月11日 ~ 6月16 日：在指导教师指导下设计方案；
6月17日 ~ 6月24日：在指导教师辅导下完成实验；撰写课程设计说明书；
6月25日：答辩
系主任审查意见：
签字：
年 月 日
目 录
封面……………………………………………………..
设计任务书说明………………………………………..
一．引言……………………………………………..…
（1）课程设计目的……………………………………
（2）课程设计要求……………………………………
（3）设计平台…………………………………………
二．设计原理…………………………………………..
（1）FIR滤波器……………………………………….
（2）窗口设计法………………………………………. .
. （3）PARZENWIN窗…………………………………
三、设计步骤……………………………………………
（1）设计流程图………………………………………
（2）录制语音信号……………………………………
（3）滤波器设计………………………………………
（4）信号滤波处理……………………………………
（5）结果分析……………………………………………
四、出现问题及解决办法……………………………
五、实验体会………………………………………
参考文献………………………………………………
1 引 言
本课程设计是采用parzenwin窗设计的FIR滤波器对语音信号滤波去噪。通过课程设计了解FIR滤波器的原理及使用方法，了解使用Matlab语言设计FIR滤波器的方法，了解DSP对FIR滤波器的设计及编程方法。通过观察滤波前后的时域图形，加深对FIR滤波器作用的理解。通过对比滤波前后的波形图及回放滤波前后的语音信号，可以看出滤波器对有用信号的无失真放大具有重要作用。
1.1 课程设计目的 .
. 利用Matlab环境下的M文件，用parzenwin窗设计的FIR滤波器来实现对音乐信号去噪，并绘制出滤波前后的时域和频域波形及播放声音的变化，根据运行结果和波形来分析设计过程的正确性。通过这次课程设计，加深对parzenwin窗设计的FIR滤波器的理解，掌握Matlab软件在滤波器设计中的应用，锻炼逻辑思维能力、动手能力以及独立解决问题的能力，对以后更深入地学习和应用数字信号处理及相关知识作准备。
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 设计平台
MATLAB是美国Math works公司开发的新一代科学计算软件，是一套高性能的数值计算和可视化软件，功能强大，编程简单，开放性强，广泛应用于计算机辅助分析设计、仿真、数据处理等领域，是当今国际上公认的在科技领域方面最为优秀的应用软件和开发环境。在欧美各高等院校，已经成为应用线性代数、自动控制理论、数据统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真、图像处理等高级课程的基本教学工具。MATLAB 是一种既可交互使用又能解释执行的计算机编程语言，使用接近数学表达式的自然化语言，简单易学，具有可靠的数值、符号运算能力。和强大的图形和可视化功能；此外，MATLAB 内部包括.
. 许多专业性较强的工具包并与其他高级语言有接口。MATLAB 的功能和特点使它具备了对应用学科(特别是边缘学科和交叉学科)的极强适应力，并很快成为应用学科计算机辅助分析、设计、仿真、数学乃至科技文字处理不可缺少的基础软件[6]。
2 设计原理
2.1 FIR滤波器
根据冲激响应的时域特性，数字滤波器可分为无限长冲激响应（IIR）和有限长冲激响应滤波器（FIR），FIR的突出优点是：系统总是稳定的、易于实现线性相位、允许设计多通带（或多阻带）滤波器，但与IIR相比，在满足同样阻带衰减的情况下需要的阶数较高，滤波器的阶数越高，占用的运算时间越多，因此在满足指标要求的情况下应尽量减少滤波器的阶数。
FIR滤波器的基本结构可以理解为一个分节的延时线，把每一节的输出加权累加，可得到滤波器的输出，FIR滤波器的冲激响应h（n）是有限长的，数学上M阶FIR滤波器可以表示为：
y(n)= )()(10inxihNi;nNnznhzH10)()(
FIR数字滤波器设计的基本步骤如下：
（1）确定指标
在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标主要以两种方式给出。第一种是.
. 绝对指标。它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。第二种指标是相对指标。它以分贝值的形式给出要求。在工程实际中，这种指标最受欢迎。对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中人有线性相位。运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：①只包含实数算法，不涉及复数运算；②不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；③长度为N的滤波器（阶数为N-1），计算量为N/2数量级。因此，本文中滤波器的设计就以线性相位FIR滤波器的设计为例。
（2）逼近
确定了技术指标后，就可以建立一个目标的数字滤波器模型。通常采用理想的数字滤波器模型。之后，利用数字滤波器的设计方法，设计出一个实际滤波器模型来逼近给定的目标。
（3）性能分析和计算机仿真
上两步的结果是得到以差分或系统函数或冲激响应描述的滤波器。根据这个描述就可以分析其频率特性和相位特性，以验证设计结果是否满足指标要求；或者利用计算机仿真实现设计的滤波器，再分析滤波结果来判断FIR滤波器的设计问题实质上是确定能满足所要求的转移序列或脉冲响应的常数的问题，设计方法主要有窗函数，频率采样法和等波纹最佳逼近法等。
2.2 窗口设计法
窗函数设计法是一种通过截短和计权的方法使无限长非因果序列成为有限长脉冲响应序列的设计方法。通常在设计滤波器之前，应该先根据具体的工程应用确定滤波器的技术指标。在大多数实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选.
. 频操作，所以指标的形式一般为在频域中以分贝值给出的相对幅度响应和相位响应。
用窗函数法设计FIR滤波器的步骤如下：
（1）根据过渡带宽及阻带衰减要求，选择窗函数的类型并估计窗口长度N（或阶数M=N-1）。窗函数类型可根据最小阻带衰减AS独立选择，因为窗口长度N对最小阻带衰减AS没有影响。在确定窗函数类型以后，可根据过渡带宽小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度N。设待求滤波器的过渡带宽为△ω，它与窗口长度N近似成反比。窗函数类型确定后，其计算公式也确定了，不过这些公式是近似的，得出的窗口长度还要在计算中逐步修正。原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择较小的N。在N和窗函数类型确定后，即可调用MATLAB中的窗函数求出窗函数wd(n)。
（2）根据待求滤波器的理想频率响应求出理想单位脉冲响应hd(n)。如果给出待求滤波器的频率响应为Hd(ejω)，则理想的单位脉冲响应可以用下面的傅里叶反变换式求出：
在一般情况下，hd(n)是不能用封闭公式表示的，需要采用数值方法表示。从ω=0到ω=2π采样N点，采用离散傅里叶反变换(IDFT)即可求出。
（3）计算滤波器的单位脉冲响应h(n)。它是理想单位脉冲响应和窗函数的乘积，即h(n)=hd(n)·wd(n)，在MATLAB中用点乘命令表示为h=hd·wd。
（4） 验算技术指标是否满足要求。为了计算数字滤波器在频域中的特性，可调用freqz子程序，如果不满足要求，可根据具体情况，调整窗函数类型或长度，直到满足要求为止
