语音信号的数字滤波处理

第 1 页题目:语音信号的 FIR 滤波器处理组 员： 班 级: 指导教师： 成 绩： 第 2 页摘要：DSP( Digital Signal Processing) 也就是我们常说的数字信号处理, 第 3 页它是利用计算机或专用处理设备, 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理, 以得到符合人们需要的信号形式。数字滤波是语音信号处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用的基本处理算法。在数字信号处理中，滤波具有极其重要的作用。数字滤波是谱分析、通信信号处理等的基本算法，它能够满足滤波器对幅度和相位的严格要求，解决了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，同时用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，又有很高的可编程性和灵活性。本文采用数字滤波器的设计基础及用窗函数法设计FIR滤波器的方法，用CCS 2.0进行观察效果。关键词：FIR滤波 MATLAB 窗函数法 CCS1、设计目的第 4 页1.1 掌握 FIR 数字滤波器的设计思路及方法步骤，学会设计各种低通、高通、带通滤波器。 1.2 学会利用DSP 技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分析和解决具体问题。 1.3 熟悉汇编语言，学会用 DSK/DEC5402 CCS2.0 软件编写C 语言程序和汇编 语言程序。 1.4 培养自己对工程设计的独立工作能力。 2、设计要求2.1 设计一 FIR 低通滤波器，实现对语音信号的滤波。2.2 用语音信号去检验该滤波器，查看滤波效果。根据老师的要求，我们自己拟定了滤波器的指标：Fs=8000hz，Wp=1500 Hz，Ws=2000 Hz，通带波纹为 0.01，阻带波纹为 0.1，N=37。3、课程设计内容 通过 DSP 处理器控制 TLC320AD50 采集音频信号，在 CCS 软件中分析音频信号的频谱图，使用 Matlab 设计相应的 FIR 低通数字滤波器得到滤波器H(z)的系数，然后根据这些系数，编写 DSP 程序（C 语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在 CCS 软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。 4.FIR 滤波器的设计4.1 滤波器的设计的原理介绍FIR数字滤波器的单位取样响应是时宽有限的，即： 21n一个 N 阶的非递归型数字滤波器(FIR 滤波器)的差分方程如公式 1-1 所示1-1 1010)()NkNk kxbnxhny差分方程式中的系数 等于单位取样响应的序列值h(n)，其系统函数H(z)b可以表示为公式 1-2 所示的形式：第 5 页1-2kNkzbzH10H(z)是的多项式，因此它的极点只能在 Z 平面的原点上。FIR 滤波器通常采用窗函数方法来设计。窗设计的基本思想是，首先选择一个适当的理想选频滤波器（它总是具有一个非因果，无限持续时间脉冲响应），然后街区（加窗）它的脉冲响应得到线性相位和因果FIR 滤波器。我们用表示理想的选频滤波器，它在通带上具有单位增益和线性相位，在阻带jweHd上具有零响应。一个带宽wcLoad Programe装入*.out文件，然后选择File-Data-Load装入*.dat文件并打开，在弹出的对话框中输入起始地址indata和长度300，数据类型为data。7.2 查看输入和输出点击View-Graph-Time/Frenquency进入图形属性对话框进行设置，然后点击ok，即是下面的窗口：7.3 滤波前后语音信号的波形及其频谱第 15 页滤波前后波形对比图滤波前后频谱对比图比较滤波前后语音信号的波形图、频谱图，可以得出结论：滤波前后语音信号几乎未变，回放信号的声音和原始信号的声音也几乎一致，这也说明本课题所设计的滤波器是合理的，它能对所采集的语音信号进行高效滤波。遇到问题及解决方法1）实验时，未做初始化设置直接进入，没有装入 gel 文件及相关参数，导致输入代码编译链接后不能载入程序。解决方法：初始化设置软件仿真 cpu 和硬件仿真 cpu，并设置其中所用的 gel文件，保存并退出启动 dsp 选择忽略进入编辑编译初始化界面，由软件仿真cpu 进入编辑编译工具第 16 页8、心得体会首先，是学习上的巩固。一方面，通过复习课本和实验，对 DSP 的基础知识又有了很大的巩固。其次，通过对用 Mathlab 实现 FIR 滤波器的设计，熟悉了matlab 软件的一些相关的窗口函数以及相关功能的调用，如怎样实现窗函数的调用，怎样实现滤波，等等。第二，增进了与同学的交流。平常除了上课，大家也比较少接触。而每次做课程设计的时候，大家总会互相探讨，发表自己的看法，帮忙解决遇到的问题，分享自己的心得，于是交流也就不由自主的变得相对频繁些了，感觉也就更亲切了。第三，对 FIR 的滤波器性能和作用有了更深一层的了解。FIR 滤波器的应用十分广泛，当今许多信号处理系统和图像处理系统等都要求信号具有线性相位特性。在这方面，FIR 滤波器有十分独特的优点，运用 mathlab 语言，我们能够很容易的设计出具有严格线性相位的 FIR 滤波系统，以及比较容易的实现。此外，我们还知道了 FIR 滤波器是永远稳定的，因为 FIR 滤波器的冲激响应是有限长序列，其系统函数为一个多项式，它所含的的极点多为原点。第 17 页9、参考文献【1】. 程佩青，数字信号处理，清华大学出版社【2】.邹彦. DSP 原理及应用M. 北京:电子工业出版社【3】.王宏，MATLAB6.5 在信号处理中的应用，清华大学出版社【4】. 戴明桢.TMS320C54xDSP 结构、原理及应用M.北京航空航天大学出版社【5】.胡圣尧. DSP 原理及应用M.东南大学出版社,2008.7。【6】.清源科技.TMS320C54xDSP 应用程序设计教程M.机械工业出版社附录 FIR 低通滤波器程序 fs=8000; fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1; wp=2*pi*fp/fs; ws=2*pi*fc/fs; Bt=ws-wp; N0=ceil(6.6*pi/Bt); %求滤波器