实验二滤波器设计Word格式.docx
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y=wavread（file），读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。
[y,fs,nbits]=wavread（file），采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits表示采样位数
y=wavread（file，N）读取前N点的采样值放在向量y中。
y=wavread（file，[N1，N2]），读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中
（2）语音信号的频谱分析
要求首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频域分析，在MATLAB中可以利用函数fft对信号进行快速的傅立叶变换，从而得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解。
其程序如下：
[y,fs,bits]=wavread（'
G:
\课件\技术\课程教学Matlab脚本\a.wav'
[10245120]）;
sound（y,fs,bits）;
Y=fft（y,4096）;
subplot（211）;
plot（y）;
title（'
原始信号波形'
）;
subplot（212）;
plot（abs（Y））;
原始信号频谱'
程序运行结果如图1-1所示。
图1-1原始信号的波形与频谱
（3）设计数字滤波器和画出频率响应
根据语音信号的特点给出相关滤波器的性能指标：
●低通滤波器的性能指标：
fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=100db，Ap=1db；
●高通滤波器的性能指标：
fc=4800Hz，fp=5000Hz，As=100db，Ap=1db；
●带通滤波器的性能指标：
fp1=1200Hz，fp2=3000Hz，fc1=1000Hz，fc2=3200Hz，As=100db，Ap=1db；
要求学生首先用窗函数法设计上面要求的三种滤波器，在MATLAB中可以利用函数butte，cheby1和ellip设计IIR滤波器，最后，利用MATLAB中的函数freqz画出各种滤波器的频率响应，这里以低通滤波器为例来说明设计过程。
用窗函数法设计的低通滤波器的程序如下：
fp=1000;
fc=1200;
As=100,Ap=1;
fs=22050;
wc=2*fc/fs;
wp=2*fp/fs;
N=ceil（（As-7.95）/（14.36*（wc-wp）/2））+1;
beta=0.1102*（As-8.7）;
Win=Kaiser（N+1,beta）;
b=fir1（N,wc,Win）;
freqz（b,1,512,fs）;
程序运行结果如图1-2所示.这里选用凯塞窗设计，滤波器的幅度和相位响应满足设计指标，但滤波长度（N=708）太长，实现起来很困难，主要原因是滤波器的指标太苛刻，因此一般不用窗函数设计这种类型的滤波器。
图1-2低通滤波器的幅度和相位响应
用双线性变换法设计的低通滤波器的程序如下：
[n,wn]=ellipord（wp,wc,Ap,As）;
[b,a]=ellip（n,Ap,As,wn）;
程序运行结果如图1-3所示。
这里选用椭圆函数设计，滤波器的幅度和相位响应满足设计指标，滤波长度为N=11。
图1-3低通滤波器的幅度和相位响应
（4）用滤波器对信号进行滤波
比较两种滤波器的性能，然后用性能好的滤波器对采集的信号进行滤波，在MATLAB中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
（5）比较滤波前后语音信号的波形及频谱
要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱，其程序如下：
x=filter（b,a,y）;
X=fft（x,4096）;
plot（x）;
滤波后信号波形'
plot（abs（X））;
滤波后信号频谱'
sound（x,fs,bits）;
程序运行结果如图1-4所示，得到滤波后信号的波形与频谱。
图1-4滤波后信号的波形与频谱
（6）回放语音信号
在MATLAB中，函数sound可以对声音进行回放。
其调用格式为
sound（x，fs，bits）
可以感觉滤波前后声音有变化
2．基于MATLAB的声音信号频谱分析
2.1实验目的
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波设计，通过理论推导得出相应的结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。
2.2实验基本要求
●熟悉离散信号和系统的时域特性
●熟悉线性卷积和相关的计算编程方法
●掌握序列傅立叶变换的计算机实现方法，利用傅立叶变换对离散信号、系统和系统响应进行频域分析。
●利用MATLAB对wav文件进行频谱分析
2.3实验内容和要求
选择一个wav文件作为分析对象，或录制一段语音信号，对其进行频谱分析，根据信号的频谱特点重构语音信号。
2.4实验实现步骤
（1）语音信号的获取
选择一个wav文件作为分析对象，可选择每个windows都有的ding，wav（在windows目录中）这是一个比较单纯的声音“叮”，也可以利用windows下的录音机或其它软件，录制一段自己的话音，时间控制在1s左右，然后在MATLAB软件平台下，通过使用wavread函数，理解采样频率，采样位数等概念。
（2）Wav文件的频谱分析
画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。
在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性
在频谱特性中分析最大值的位置（可能有几个），它代表的频率和时域的采样时间有关，相邻两点之间的距离为f=1/（NTs）其中，N是离散傅立叶变换的点数，Ts是采样的时间，前面在读取wav文件时得到了采样频率fs=1/Ts。
既然知道了该声波的频谱，按频率就可以反演它的时域值，利用以上分析的主要峰值来重构声波，由于没有考虑到相位和其他频谱分量，所以波形和原来的波形相差甚远，但大体频率是没有错的。
（3）Wav文件的分段傅立叶分析
语音是分节点的，应该把它分段分析，而且实际应用中的DSP的FFT的点数是有限的，一般只能达到千点。
将读出的声音信号分左、右声道来显示波形，对每个声道分段处理，每段长度1024，最后一段不够时补零；
然后对所有段做1024点FFT，画出三维频谱图，利用每段分析的主要峰值来重构声波，声音听起来挺刺耳，但已经可以感觉到声音的变化，最后使用线性插值来平滑波形，在来听一下声音的效果，这时的声音就柔和多了。
2.5实验报告要求
完成课程设计任务后，应按要求提供课程设计报告，设计报告应包含如下几个方面的内容。
（1）实验目的
（2）实验基本要求
（3）详细设计过程
（4）调试分析
（5）结果分析与体会
（6）附录或参考资料
3．基于MATLAB的简单语音处理系统设计
3.1实验目的
3.2实验基本要求
●掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法
●确定音响系统的的采样频率
●掌握在windows环境下进行音乐信号采集数据的方法
●掌握matlab设计FIR和IIR数字滤波器的方法
3.3实验内容和要求
确定一段音乐信号并对音乐信号进行采样；
画出采样后音乐信号的时域波形和频谱图；
给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或双线性变换设计一组滤波器，并画出滤波器的频率响应；
然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，回放语音信号。
简单语音处理系统结构如图3-1所示。
图3-1简单语音处理系统结构图
3.4实验实现步骤
（1）音乐信号的采集
要求在MATLAB软件平台下，利用有关函数对音乐信号进行采样，确定采样频率和采样点数。
（2）音乐信号的频谱分析
首先画出音乐信号的时域波形，然后对音乐信号进行频谱分析。
在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解
（3）设计一组数字滤波器并画出频率响应
给出各滤波器的性能指标（也可以根据需要自己设置滤波器性能指标）：
●fp=1000Hz，fs=120Hz；
●fp1=120Hz，fp2=500Hz，fc1=100Hz，fc2=520Hz；
●fp1=520Hz，fp2=1000Hz，fc1=500Hz，fc2=1200Hz；
●fp1=1200Hz，fp2=2000Hz，fc1=1000Hz，fc2=2200Hz；
●fp1=2200Hz，fp2=4000Hz，fc1=2000Hz，fc2=4200Hz；
●fp1=4200Hz，fp2=8000Hz，fc1=4000Hz，fc2=8200Hz；
●fp1=8200Hz，fp2=10000Hz，fc1=8000Hz，fc2=12000Hz；
●fc=10000Hz，fp=12000Hz。
各滤波器的As=100db，Ap=1db；
要求首先用窗函数法设计上面要求的三种滤波器，在MATLAB中可以利用函数fir1设计FIR滤波器，利用函数butte、cheby1和ellip设计IIR滤波器；
最后，利用MATLAB中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。
（4）利用滤波器对信号进行滤波
要求学生用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，在MATLAB中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
（5）音乐信号合成
将滤波后的信号进行合成。
（6）回放音乐信号
在MATLAB中，函数sound可以对音乐进行回放。
3.5实验报告要求
4．使用FFT实现任意三个同频带信号的频分复用
4.1实验目的
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应的结论，再利用Matlab做为编程工具，进行计算机实现，从而加深对所学计算机知识的理解，建立概念。
4.2实验基本要求
●熟悉数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法
●掌握序列傅立叶变换的计算机实现方法，利用序列傅立叶变换对离散信号和系统响应进行频域分析
●学会Matlab使用，掌握Matlab的程序设计方法
●掌握Matlab设计FIR和IIR数字滤波器的方法
4.3实验内容和要求
选择三个不同频段的信号对其进行频谱分析，根据信号频谱的特征，设计三个不同的数字滤波器，将三路信号合成为一路信号，分析合成信号的频域和时域特点，然后将合成信号分别通过设计就好的三个数字滤波器，分离出原来的三路信号，分析得到的三路信号的时域波形和频谱，与原始信号进行比较说明频分复用的特点。
频分复用结构如图4—1所示。
图4-1频分复用结构图
4.4实验实现步骤
（1）产生三路信号
利用MATLAB语言产生三个不同频段的信号。
（2）对三路信号进行频谱分析
画出三路信号的时域波形，然后对信号进行频谱分析，在matlab中，可以利用函数fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性。
（3）设计数字滤波器并画出频率响应
根据三路信号的频谱特点得到性能指标，有性能指标设计三个数字滤波器。
在matlab中可以利用函数fir1设计FIR滤波器，利用函数butte、cheby1和ellip设计IIR滤波器；
最后，利用matlab中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。
（4）信号合成
将三路信号叠加为一路信号。
（5）用滤波器对信号进行滤波
要求学生用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对函数进行滤波。
（6）分析得到信号的频谱
对得到的信号进行fft快速傅立叶变换得到信号的频谱特性，与原始信号进行比较，并画出信号的时域波形和频谱。
4.5实验报告要求
5．基于MATLAB的语音信号简单的特技处理——延时和混响
5.1实验目的
5.2实验基本要求
●实现语音信号的特点
●掌握序列快速傅立叶变换方法
●掌握Matlab设计各种数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。
5.3实验内容和要求
选择一个语音信号作为分析的对象或录制一段语音信号，然后对语音信号进行频谱分析，将信号加入延时和混响，再分析其频谱，并与原始信号频谱进行比较。
5.4实验实现步骤
选择一段语音信号作为分析的对象，也可以利用Windows下的录音机或其他软件录制一段话音，时间控制在1s左右，然后在Matlab软件平台下，通过使用wavread函数，理解采样频率，采样位数等概念。
（2）语音信号的频谱分析
画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析，在Matlab中可以利用函数FFT对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性。
（3）设计几种特殊类型的滤波器
单回声滤波器，滤波器的系统函数为：
多重回声滤波器，滤波器的系统函数为：
无限个回声滤波器，滤波器的系统函数为：
全通结构的混响器，滤波器的系统函数为：
（4）用滤波器对信号进行滤波
用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对函数进行滤波。
（5）分析得到信号的频谱
对得到的信号进行FFT进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，与原始信号进行比较，并画出信号的时域波形和频谱。
（6）回放语音信号
在Matlab中，函数sound可以对语音进行回放。
5.5实验报告要求
6．基于MATLAB的有噪声的语音信号处理
6.1实验目的
6.2实验基本要求
●掌握序列快速傅立叶变换FFT方法
●利用matlab对语音信号进行频谱分析
6.3实验内容和要求
选择一个语音信号作为分析的对象或录制一段语音信号，对语音信号进行频谱分析，利用matlab中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，使语音信号被污染，然后进行频谱分析；
设计FIR和IIR数字滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号。
6.4实验实现步骤
（3）产生噪声
利用matlab中的随机函数rand产生噪声，并加入到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；
（4）污染信号的频谱分析
画出被污染的语音信号时域波形，然后对其进行频谱分析
（5）设计FIR和IIR数字滤波器
根据有关的频谱特征，设计FIR和IIR滤波器，在Matlab中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，利用函数butte、cheby1和ellip设计IIR滤波器。
（6）对污染信号进行滤波
比较两种滤波器的性能，然后用性能好的的滤波器对采集的信号进行滤波。
在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对函数进行滤波。
（7）回放语音信号
在Matlab中，函数sound可以对语音进行回放，并将滤波后的语音进行比较。
6.5实验报告要求
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