直接法设计IIR滤波器.docx

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直接法设计IIR滤波器

中国民航大学

电子信息工程学院

DSP技术及应用课程设计报告

题目：

直接法设计IIR滤波器

专业班级：

2011级通信C班　　　

学　　号：

姓　　名：

指导教师：

二〇〇年月日

一、设计目的…………………………………………………………1

二、设计要求…………………………………………………………1

三、设计原理及方案…………………………………………………1

四、软件流程…………………………………………………………3

五、调试分析…………………………………………………………4

六、设计总结…………………………………………………………5

七、参考文献…………………………………………………………6

1、设计目的

1、复习数字信号处理教材中讲解的滤波器的基本设计方法。

2、通过查找资料学习prony和yule-walk滤波器的知识。

3、熟练掌握matlab的常用函数，学会对信号进行处理。

4、学会使用matlab的GUI控件编辑图形用户界面。

5、学习撰写ppt和报告的技巧，培养团队合作能力。

2、设计要求

1、查阅课题相关资料，学习matlab的基本语句，以及设计滤波器的知识，制定设计计划及设计思路。

2、搭建GUI平台，使界面中可以显示原信号时域、频域波形，加噪后信号的时域、频域波形，滤波器的频率响应波形，以及去噪后声音信号的时域、频域波形，方便进行对比。

3、可以打开任意wav格式声音文件。

4、通过添加播放与音量调节按钮，可对声音信号进行播放、调节音量操作。

5、通过录音按钮，可以现场采集声音信号并保存

6、向声音信号添加不同种类噪声，并且可以改变信噪比或噪声频率等参数。

7、用prony及yule-walk方法设计不同类型的IIR滤波器，滤除噪声信号。

8、通过在窗口中输入数值，可以改变滤波器阶数，以及通带与阻带的宽度。

3、设计原理及方案

1、yule-walk法设计IIR滤波器原理：

yulewalk函数使用最小二乘拟合逼近给定的频率特性。

不像模拟滤波器原型设计，yulewalk函数设计方法不是基于低通、高通、带通、带阻的设计参数，而是基于离散区域上的特征值。

函数的用法如下：

[b,a]=yulewalk（n,f,m）

该函数返回yule-walk滤波器的系数矩阵[b,a]；其中矩阵f和m是已知的频率响应；n是滤波器的阶数。

其中频率矩阵f的元素必须处于范围[0,1]之内，而且必须是升序排列，以0开始，以1结束。

2.prony法设计IIR滤波器原理：

和yule-walk法不同，prony法是根据给定的冲激响应设计滤波器的一种方法，prony在滤波器设计、指数信号建模、系统辨识等领域都有广泛的应用。

在matlab里用prony函数实现：

[b,a]=prony（h,nb,na）

其中，nb,na指定滤波器的传递函数中分子和分母的阶数，h为给定的冲激响应，返回值中b和a的长度分别为nb+1和na+1，并且以升幂的形式给出系统的传递函数。

3、设计原理图

对比

对比

加噪后的声音

得到滤波后的时域、频域图形

选择一种滤波器，设定相关参数，进行滤波

得到滤波后的声音

原理图说明：

（1）初始化：

点击开始使用，进入主界面。

（2）添加一个声音信号或点击录制可以录制声音，点击添加后可以得到该声音信号的时域、频域波形。

（3）加入噪声：

选择噪声种类、设定相关参数，点击添加后，得到加噪后的声音信号，并在界面中显示加噪后的声音信号的波形。

（4）滤波器滤波：

选择适合的滤波器并设定相关参数，点击选择后获得加噪声音信号经滤波器滤波后的声音，以及它的时域、频域波形。

四、平台介绍

欢迎界面，点击“开始使用”进入主界面

在点击“录音开始后”，会在下面的坐标中实时显示波形。

在点击“选择声音信号”，可以选择任意声音信号。

选择声音文件后，就会看到信号的波形和频谱图。

选择噪声类型，并调整参数，点击“添加噪声信号”，即可看到加噪后信号的波形与频谱图。

选择滤波器，调整相应参数，点击“使用滤波器”，即可看到去噪后信号的波形和频谱图，以及滤波器的图。

五、调试分析

在系统编程过程中我们遇到了许多问题，以下几点主要的进行分析说明：

1、在为声音信号加入正余弦噪声时，无法直接将原始声音与噪声信号相加。

解决方法：

由于噪声信号的长度与原始信号不同，必须重新设定使其长度相等，在正余弦噪声后添加“转置加”符号后，两者才可以进行相加。

2、在最开始设计滤波器时，对prony以及yule-walk方法的原理不了解，设定的各项参数不合理。

解决方法：

通过上网查找资料，借阅书籍，组员之间不断探讨尝试，掌握两种方法的基本原理，设定合适的滤波器参数。

3、不知道button间的数据如何传递。

解决方法：

设置全局变量，数据即可在程序中传递。

4、不知如何将下拉菜单和按钮关联。

解决方法：

获取popupmenu的string属性，并设为全局变量，在按钮中直接调用即可。

5、在添加背景图后，运行时，坐标轴不能全部显示出来，只有在使用时才会显示。

解决方法：

在matlab中添加背景图后，坐标轴确实没有办法完全显示，只能改为使用软件提供的背景色，对界面进行美化。

六、设计总结

通过本次应用matlab实现直接法设计IIR滤波器实验，我们巩固了数字信号处理的知识，掌握了有关滤波器的设计方法，并学习了利用prony和yulewalk两种新的方法设计滤波器。

在使用matlab处理声音信号和设计滤波器过程中和GUI平台的搭建过程中，我们组虽然遇到很多问题，但都经过查资料和询问同学使问题得到了解决，使我们对matlab的使用有了更加深刻的理解。

这次课程设计的经历，我们都受益匪浅，在韩老师和何老师的指导下，我们不光在学术上有所收获，还在ppt设计以及答辩方便得到了很多技巧，而且这次实习还提高了我们团结合作的能力，我们相信这些宝贵的实习经历都会对我们以后的工作有所帮助。

七、参考文献

[1]陈亚勇.MATLAB信号处理详解.北京：

人民邮电出版社，2001.9

[2]张小虹王丽娟任姝婕.数字信号处理基础.北京：

清华大学出版社，2007

[3]万永革.数字信号处理的MATLAB实现.北京：

科学出版社，2008.1