语音信号滤波去噪——使用TUKEYWIN窗设计的FIR滤波器摘要.doc

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对采集一段信号绘制波形并观察其频谱给定相应技术指标用设计一个满足指标的滤波器对该信号进行滤波去噪处理根据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 2.1 FIR滤波器 FIR滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是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滤波器在通信、图像处理、等领域都有着广泛的应用。 单位脉冲响应hd(n)。 W(n)和长度N。 （4）求得实际滤波器的单位脉冲响应h(n)， h(n)即为所设计FIR滤波器系数向量b(n)。 (2.1) 常见的窗函数性能表如下图1所示： 图1 常见窗函数性能表 名称 滤波器 过渡带宽 最小阻带衰减 名称 滤波器 过渡带宽 最小阻带衰减 矩形 1.8π/M 21dB 6.6π/M 56dB 巴特利特 6.1π/M25dB FLATTOPWIN 19.6π/M 108dB 汉宁 6.2π/M 44dB π/M 60dB 汉明 6.6π/M 51dB BARTHANNWIN π/M 40dB 布莱克曼 11π/M 74dB BLACKMANHARRIS 16.1π/M 109d BOHMANWIN 5.8π/M 51.5dB CHEBWIN 15.2π/M 113dB NUTTALLWIN 15.4π/M 108dB TUKEYWIN 2.4π/M 22dB 2.3 TUKEYWIN窗 W=tukeywin(M)在数组w中产生M点的Tukeywin窗函数。由上表可知：Tukeywin窗的滤波器的过滤带宽为2.4π/M，最小阻带衰减22db。 利用wvtool可绘制出Tukeywin窗函数波形如图2： N=128; t=tukeywin(N); Wvtool(t); 图2 Tukeywin 窗函数波形 3 设计步骤 3.1 设计流程图 根据设计的要求，首先自己录制一段语音信号，对语音信号加入噪声干扰，再利用TUKEYWIN窗设计合理的FIR滤波器。最后用滤波器对干扰后的语音信号进行滤波去噪。具体设计流程图如下图3所示： NO YES 图3设计流程图 3.2 录制音乐信号 从电脑上录制一段语音信号，并命名为“speech_dft.wav”。在Matlab平台下调用wavread函数可采集到语音信号。 运行程序后得