数字信号分析实验报告马志刚.doc

数字信号分析实验报告 学院：机电学院 姓名：马志刚 学号：20101002226 班级：075102 指导老师：吴国平 IIR数字滤波器设计 实验目的： 1、熟悉滤波器的基本概念； 2、了解滤波器的分类； 3、熟悉应用matlab设计各种滤波器的方法。 实验题目： 1.用matlab工具箱设计各种IIR数字滤波器的代码自己运行下，并掌握其中的设计步骤以及各种函数的使用。 2用MATLAB对原始语音信号进行分析（fs=8kHz），画出它的时域波形和频谱. 3给原始的语音信号加上一个高频余弦噪声，频率为3.8kHz。画出加噪后的语音信号时域和频谱图，与原始信号对比，可以很明显的看出区别。 4用双线性变换法设计Butterworth滤波器对加噪后的语音信号进行滤波。绘制频率响应曲线，画出滤波前后的时域图和频谱图。 实验内容： 1 .了解数字滤波器：如果滤波器的输入、输出都是离散时间信号，则该滤波器的冲激响应也必然是离散的，这样的滤波器定义为数字滤波器。它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到频域滤波的目的。 2.了解数字滤波器实现方法：频域方法：利用FFT对输入信号进行离散傅立叶变换，分析其频谱，然后根据所需的频率特性进行滤波，再利用IFFT快速算法恢复出时域信号。这种方法具有较好的频率选择和灵活性。 时域法：对离散采样数据做差分方程数学运算来达到滤波的目的。 3.了解数字滤波器的实现方法：硬件实现：基本部件包括延迟器、乘法器和加法器。软件实现：线性卷积程序 。系统函数具有可变性,仅依赖于算法结构,并且易于获得较理想的滤波性能。 4.了解数字滤波器分类：从实现方法上：有限长冲激响应----FIR滤波器，无限长冲激响应----IIR滤波器。从功能上分：低通（LP）高通（HP）带通（BP） 带阻（BS）。 5.数字滤波器设计一般步骤： 一、给出所需要的滤波器的技术指标；二、设计一个H(Z)使其逼近所需要的技术指标；三、实现所设计的H(Z)。 6.IIR数字滤波器设计步骤：一、按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换为模拟滤波器的技术指标二、根据转换后的技术指标使用滤波器阶数选择函数，确定最小阶数N和固有频率Wn三、运用最小阶数N、固有频率Wn产生模拟滤波器原型四、运用冲激响应不变法或双线性不变法把模拟滤波器转换成数字滤波器函数。 实验结果: 1要求：wp=500hz,ws=550hz,rp=1db,rs=50db,fs=2000hz,其中Wp ： 通带截至频率，Ws：阻带截至频率；Rp：通带衰减（不超过），Rs： 阻带衰减（不小于）。 wp=500;ws=550;rp=1;rs=50;fs=2000 ; [N,Wn]=buttord(wp/(fs/2),ws/(fs/2),rp,rs) 其中wp /(fs/2)为归一化率。 N = 41 Wn = 0.5055； N为滤波器最小阶数，Wn为固有频率。 2.设计低通butterworth滤波器 wp=30; ws=35; rp=0.5; rs=40; fs=100; [n,wn]=buttord(wp/(fs/2),ws/(fs/2),rp,rs); [num,den]=butter(n,wn); [h,w]=freqz(num,den); plot(w*fs/(2*pi),abs(h));grid; xlabel(时间) ylabel(幅值) 设计高通butterworth滤波器 wp=30; ws=35; rp=0.5; rs=40; fs=100; [n,wn]=buttord(wp/(fs/2),ws/(fs/2),rp,rs); [num,den]=butter(n,wn,high); [h,w]=freqz(num,den); plot(w*fs/(2*pi),abs(h));grid; xlabel(时间) ylabel(幅值) 设计带通butterworth滤波器 wp1=180;wp2=280;ws1=140;ws2=320; rp=0.5; rs=40;fs=1000; wp=[wp1,wp2];ws=[ws1,ws2]; [n,wn]=buttord(wp/(fs/2),ws/(fs/2),rp,rs); [num,den]=butter(n,wn); [h,w]=freqz(num,den); plot(w*fs/(2*pi),abs(h));grid; xlabel(时间) ylabel(幅值) Title(‘带通’) wp1=180;wp