現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理作業(yè)

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1、.基于MATLAB的音頻信號(hào)分析與處理摘要數(shù)字信號(hào)處理是一門發(fā)展十分迅速、應(yīng)用非常廣泛的前沿學(xué)科。它的理論性和實(shí)踐性都非常強(qiáng)。MATLAB強(qiáng)大的計(jì)算仿真功能在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域起著非常大的作用。出于對(duì)數(shù)字音頻處理的興趣，本文中將嘗試?yán)盟鶎W(xué)的知識(shí)，如采樣、濾波、重構(gòu)等知識(shí)，對(duì)語音信號(hào)或是音頻信號(hào)進(jìn)行一定的處理。本文詳細(xì)給出了利用MATLAB對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行譜分析，信號(hào)濾波和重構(gòu)的過程，加深了對(duì)所學(xué)數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)的了解。關(guān)鍵詞：濾波重構(gòu)譜分析摘要Abstract1數(shù)字濾波器1.1數(shù)字濾波器概述1.2IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)理論1.3用窗函數(shù)

2、設(shè)計(jì)FIR濾波器1.3.1設(shè)計(jì)思想1.3.2．典型的窗函數(shù)1.3.3．設(shè)計(jì)步驟2快速傅立葉變換(FFT)2.1FFT算法2.2FFT的優(yōu)越性2.3用FFT進(jìn)行頻譜分析...3基于MATLAB的語音信號(hào)分析和處理3.1MATLAB簡(jiǎn)介3.2基于MATLAB的語音信號(hào)分析3.2.1語音信號(hào)的采集及采樣3.2.2語音信號(hào)的頻譜分析3.2.3設(shè)計(jì)濾波器進(jìn)行濾波處理3.3基于MATLAB的語音信號(hào)的譜分析和重構(gòu)總結(jié)參考文獻(xiàn)1數(shù)字濾波器1.1數(shù)字濾波器概述數(shù)字濾波器是對(duì)數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)濾波的線性時(shí)不變系統(tǒng)。它通過一定的計(jì)算或判斷程序來減少干擾信號(hào)的比

3、重，它實(shí)現(xiàn)的是程序?yàn)V波。數(shù)字濾波器的輸入與輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過一定的運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的相對(duì)比例或者濾除某些頻率成分的軟件或器件。因此數(shù)字濾波器和模擬濾波器有著同樣的概念，只是信號(hào)形式和實(shí)現(xiàn)方式不同。正因?yàn)橛性摬煌c(diǎn)，數(shù)字濾波器具有比模擬濾波器精度高、穩(wěn)定、體積小、重量輕、靈活、不要求阻抗匹配以及實(shí)現(xiàn)模擬濾波器無法實(shí)現(xiàn)的特殊濾波功能等特點(diǎn)，并且如果要處理的是模擬信號(hào)，可通過A/DC和D/AC，在信號(hào)形式上進(jìn)行匹配轉(zhuǎn)換，同樣可以使用數(shù)字濾波器對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行濾波。數(shù)字濾波器實(shí)際上是一個(gè)線性時(shí)不變系統(tǒng)，故可用差分方程、單位脈

4、沖響應(yīng)h(n)、傳輸函數(shù)（系統(tǒng)函數(shù)H(z)及頻率響應(yīng)來描述。數(shù)字濾波器按照不同分類方法，有許多種類。但是總體而言，可以分為兩類。一類為經(jīng)典濾波器，即一般濾波器，其特點(diǎn)是輸入信號(hào)中有用的頻率分量和希望濾波器濾除的頻率分量各點(diǎn)有不同的頻帶，即通過一個(gè)合適的選頻濾波器達(dá)到濾波的目的。但如果信號(hào)與干擾或噪聲的頻帶相互重疊，則顯然不能完成有效濾波。這時(shí)，就需要另一類所謂現(xiàn)代濾波器，如維納濾波器、卡爾曼濾波器、自適應(yīng)濾波器等最佳地提取信號(hào)[1]。數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位響應(yīng)分類，可以分成無限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器和有限脈沖響應(yīng)(FI

5、R)濾波器。它們的系統(tǒng)函數(shù)分別為：...(1.1)(1.2)(1.1)式中的H(z)稱為N階IIR濾波器的傳輸函數(shù)，(1.2)式為的H(z)稱為（N-1）階FIR濾波器函數(shù)。IIR濾波器產(chǎn)生新的輸出，不便需要過去和現(xiàn)在的輸入，還需要過去的輸出。而FIR濾波器的輸出僅取決于過去的輸入，而與過去的輸出無關(guān)。IIR濾波器能利用以前所積累的模擬濾波器的成熟的理論及設(shè)計(jì)圖表進(jìn)行設(shè)計(jì)的，因而保留了一些典型模擬濾波器優(yōu)良的幅頻特性。但是設(shè)計(jì)中只考慮了幅頻特性，未考慮相位特性，所設(shè)計(jì)的濾波器相位特性一般是非線性的。為了得到線性相位特性，就必須提到FI

6、R濾波器在保證幅度特性滿足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到有嚴(yán)格的線性相位特性，這也是FIR濾波器的最大的特點(diǎn)。通常用的數(shù)字濾波器一般屬于選頻濾波器。假設(shè)數(shù)字濾波器的傳輸函數(shù)可用下式來表示：，其中稱為幅頻特性，稱為相頻特性。幅頻特性表示信號(hào)通過濾波器后各頻率分量的衰減情況，而相頻特性則反映各頻率成分通過濾波器后的相位在時(shí)間上的延時(shí)情況。因此，即使兩個(gè)濾波器幅頻特性相同，而相頻不一樣，對(duì)相同的的輸入，輸出的信號(hào)波形也不一樣。一般選頻濾波器的技術(shù)要求由幅頻特性給出，相頻特性一般不作要求，但如果對(duì)輸出波形有要求，則需要考慮相頻特性的技術(shù)指標(biāo)，如語

7、音合成、波形傳輸、圖像信號(hào)處理等。如果對(duì)輸出波形要求有嚴(yán)格要求，則需設(shè)計(jì)線性相位濾波器。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)大致包括三個(gè)步驟：(1)給出所需要的濾波器的技術(shù)指標(biāo)；(2)設(shè)計(jì)一使其逼近所需要的技術(shù)指標(biāo)；(3)實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的。...通常，頻率選擇性濾波器可利用IIR濾波器和FIR濾波器來設(shè)計(jì)，但是兩種不同形式的濾波器的設(shè)計(jì)不同。IIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)為無限長(zhǎng)序列，無法由確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而其系統(tǒng)函數(shù)有限，所以設(shè)計(jì)結(jié)果是濾波器系統(tǒng)函數(shù)。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法主要是建立在理想濾波器頻率特性做某種近似的基礎(chǔ)上的，近似方法有窗函數(shù)法

8、、頻率采樣法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法等，其設(shè)計(jì)結(jié)果為。而對(duì)于線型相位濾波器，通常采用FIR濾波器，其單位脈沖響應(yīng)應(yīng)滿足一定的條件，可以證明其相位特性在整個(gè)頻帶中是嚴(yán)格線性的，這是模擬濾波器無法達(dá)到的。當(dāng)然，也可以采用IIR濾波器，