課程設計--語音信號濾波去噪使用bohman窗設計的頻率采樣型fir濾波器(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數回放 N=length(x)。 % 計算信號x的長度 fn=9000。 % 單頻噪聲頻率，此參數可改 t=0:1/fs:(N1)/fs。 % 計算時間范圍，樣本數除以采樣頻率 x=x(:,1)39。 % 將雙聲道轉為單聲道 y=x+*sin(fn*2*pi*t)。 % 加噪聲 sound(y,fs,bits)。 % 應該可以明顯聽出有尖銳的單頻嘯叫聲 fs % 輸出采樣頻率輸出fs=22050Hz大于被采樣信號頻率的兩倍，采樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息。然后對語音號進行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性。對應程序如下：X=abs(fft(x))。 Y=abs(fft(y))。 % 對原始信號和加噪信號進行fft變換,取幅度譜X=X(1:N/2)。 Y=Y(1:N/2)。 % 截取前半部分deltaf=fs/N。 % 計算頻譜的譜線間隔f=0:deltaf:fs/2deltaf。 % 計算頻譜頻率范圍 最后畫出加噪前后語音信號的時域和頻域波形，便于分析設計濾波器。如圖33所示。通過圖35，可以明顯觀察到，在時域波形圖中，加噪后的語音信號明顯被噪聲遮蓋了許多，在頻域圖中，在頻率為9000Hz處，有一個尖脈沖，也就是噪聲。圖35 加噪前后語音信號的時域和頻域波形 濾波器設計 本課程設計利用BOHMAN窗實現FIR濾波器的設計。由于加入的單頻噪聲頻率fn為9000Hz，根據加噪前后語言信號的幅度譜圖分析可知，語言信號的有效帶寬0Hz—5000Hz左右，所以可設計一低通濾波器來濾除噪聲。由于BOHMAN窗的過渡帶寬定為。通帶波紋Rp設置為1dB。設置的低通濾波器的性能指標如下：fp=4000Hz， fo=8800Hz， Rp=1dB， As=45dB 其中fp為通帶截止頻率，fo為阻帶截止頻率， Rp為通帶波紋，As為阻帶衰減。確定好濾波器的參數后，先計算出濾波器的階數M，然后調用自編ideal_lp函數計算理想低通濾波器的脈沖響應hd，再調用bohmanwin(M)函數產生M階的BOHMAN窗，并計算出實際濾波器脈沖響應，最后調用自編freqz_m函數計算出濾波器的頻率特性。最后計算出真正的阻帶衰減As，和真正的通帶波紋Rp，檢測設計的濾波器是否符合要求。 得出的M =24，Rp =，As = 49。所以濾波器的長度M=24，小于設置的指標1dB，真正的阻帶衰減As是49dB，大于設置的指標45dB,。所以設計的低通濾波器滿足要求。最后畫出該低通濾波器的頻譜特性圖。如圖36所示。圖36濾波器的頻譜圖 濾波器設計過程對應的程序如下： Rp=1。As=45。fs=22050。 fp=4000。fo=8800。 % 低通濾波器設計指標 wp=fp/fs*2*pi。ws=fo/fs*2*pi。tr_width=wswp。 % 將Hz為單位的模擬頻率換算為rad為單位的數字頻率 M=ceil(10*pi/tr_width)+1 % 計算BOHMAN窗設計該濾波器時需要的階數 n=[0:1:M1]。 % 定義時間范圍 wc=(ws+wp)/2。 hd=ideal_lp(wc,M)。 % 調用自編函數計算理想低通濾波器的脈沖響應 w_bohmanwin=(bohmanwin(M))39。 % 產生M階的BOHMAN窗 h=hd.*w_bohmanwin。 % 計算實際濾波器脈沖響應 [db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,[1])。 % 調用自編函數計算濾波器的頻率特性 delta_w=2*pi/1000。 Rp=(min(db(1:1:wp/delta_w+1))) % 真正的通帶波紋 As=round(max(db(ws/delta_w+1:1:501))) % 真正的阻帶衰減 信號濾波處理將設計好的FIR低通濾波器濾波器對信號進行濾波去噪處理。對應程序如下： y_fil=filter(h,1,y)。% 用設計好的濾波器對y進行濾波 Y_fil=fft(y_fil)。Y_fil=Y_fil(1:N/2)。 % 計算頻譜取前一半 結果分析為了分析濾波器是否設計成功，首先用MATLAB繪制出原始信號，加噪信號，濾波去噪信號的時域波形和頻譜，如圖37所示。通過觀察和分析圖像，濾波后的語音信號時域波形與原始語音信號時域波形基本一致，位于幅度譜9000Hz處的單頻噪聲被濾除，與原始語音信號幅度譜基本一致。圖37 原始信號，加噪信號，濾波去噪信號的時域波形和頻譜然后通過回放原始語音信號，加噪語音信號，去噪語音信號，對比發現去噪語音信號與原始語音信號基本一致，即濾波器濾除了噪聲的干擾。對應程序如下： sound(x,fs,bits)。 % 播放原始語音信號 sound(y,fs,bits)。 % 播放加噪語音信號 sound (y_fil,fs,bits)。 % 播放去噪語音信號通過對比分析可得出結論，本課程設計濾波后的語音信號與原始語音信號基本一致，即設計的濾波器能夠從含噪信號中濾除單頻噪聲，還原了原始信號，達到了設計目的。 繪制濾波器結構圖本課程設計為頻率采樣型FIR濾波器，先求出濾波器的系數，對應語句如下： [C,B,A]=dir2fs(h) % 計算濾波器系數得出濾波器的系數為：C = B = A = 0 0 繪制的頻率采樣型FIR濾波器如圖38所示。 1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1z1