电子信息科学与技术专业毕业论文 (1)
考试序列号
公选课（论文）
基于Matlab的滤波器设计
学院轻工化工学院
专业应用化学
年级班别 2015级（1）班
学号 3115001548
学生姓名容建鸿
指导教师李晓端
2015 年6 月15日
摘要
MATLAB语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言,MATLAB功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。特别是MATLAB还具有信号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的体现，做了如下了的设计内容：录制或选取一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，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，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后，设计一个信号处理系统界面。
关键词：MATLAB，语音信号处理，滤波器设计
Abstract
MATLAB language is a widely used in engineering calculation and numerical analysis domain new languages, and MATLAB powerful functions, easy to operate, programming, high efficiency, favored by the vast number of scientific and technical workers welcome. Especially MATLAB also has signal analysis toolbox, without the need to have strong ability of programming, it can be easily signal analysis, processing and design.In order to the student to the signal collection, processing and transmission, display and storage, etc have a system of mastery and understanding, meticulously arranged curriculum design of content: making a video personal own voice signal, and then the recording of signal sampling, Draw after speech signal sampling time domain waveform and spectrum diagrams, Given filter performance index, the window function method and bilinear transformation design filter, and draw the filter frequency response, Then use the design of your own filters to sampled signal for filter and draw the filtered signal waveform and spectrum, and time domain to filter the signal, compared before and after the analysis of signal changes, Playback speech signal, Finally, design a signal processing system
interface.
Keywords: MATLAB, the speech signal processing
目录
1.绪论---------------------------------------------------------------- 4
1.1 研究背景------------------------------------------------------ 4
1.2 研究的目的与意义---------------------------------------------- 4
2 MATLAB简介--------------------------------------------------------- 5
2.1.1Matlab的特点------------------------------------------------- 5
2.1.2Matlab的功能--------------------------------------------- 6
2.2滤波器--------------------------------------------------------- 6
2.2.1滤波器--------------------------------------------------- 7
2.2.2滤波器原理----------------------------------------------- 7
3. 滤波器的设计------------------------------------------------------- 8
3.1 FIR滤波器的设计----------------------------------------------- 8
3.1.1 FIR滤波器的特点----------------------------------------- 8
3.1.2 窗函数发设计FIR滤波器----------------------------------- 9
3.1.3 FIR低通滤波器------------------------------------------ 10
3.1.4 FIR高通滤波器------------------------------------------ 11
3.1.5 FIR带通滤波器------------------------------------------ 13
3.2 IIR滤波器的设计---------------------------------------------- 14
3.2.1 IIR滤波器的特点---------------------------------------- 14
3.2.2 双线性法设计IIR数字滤波器------------------------------ 15
3.2.3 IIR低通滤波器------------------------------------------ 15
3.2.4 高通滤波器---------------------------------------------- 17
3.2.5 带通滤波器---------------------------------------------- 19
4. 语音信号的处理---------------------------------------------------- 21
4.1主要函数介绍-------------------------------------------------- 21
4.2 仿真--------------------------------------------------------- 22
5 总结与展望--------------------------------------------------------- 23 参考文献------------------------------------------------------------- 24
1.绪论
1.1 研究背景
当今，数字信号处理[1] (DSP：Digtal Signal Processing)技术正飞速发展，它不但自成一门学科，更是以不同形式影响和渗透到其他学科：它与国民经济息息相关，与国防建设紧密相连；它影响或改变着我们的生产、生活方式，因此受到人们普遍的关注。
数字化、智能化和网络化是当代信息技术发展的大趋势，而数字化是智能化和网络化的基础，实际生活中遇到的信号多种多样，例如广播信号、电视信号、雷达信号、通信信号、导航信号、射电天文信号、生物医学信号、控制信号、气象信号、地震勘探信号、机械振动信号、遥感遥测信号，等等。
数字滤波技术是数字信号分析、处理技术的重要分支[2-3]。无论是信号的获取、传输，还是信号的处理和交换都离不开滤波技术，它对信号安全可靠和有效灵活地传输是至关重要的。在所有的电子系统中，使用最多技术最复杂的要算数字滤波器了。数字滤波器的优劣直接决定产品的优劣。
MATLAB是美国Math works公司推出的一套用于工程计算的可视化高性能语言与软件环境。MATLAB为数字滤波器的研究与应用提供了一个直观、高效、便捷的利器。它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个交互式的工作环境中。MATLAB退出的工具箱使各个领域的研究人员可以直观方便地进行科学研究、工程应用，其中的信号处理、图像处理、小波等工具箱为数字滤波研究的蓬勃发展提供了有力的工具。
1.2 研究的目的与意义
几乎在所有的工程技术领域中都会涉及到信号的处理问题，其信号表现形式有电、磁、机械以及热、光、声等。信号处理的目的一般是对信号进行分析、变换、综合、估值与识别等。如何在较强的噪声背景下提取出真正的信号或信号的特征，并将其应用于工程实际
是信号处理的首要任务。
数字滤波器，在数字信号处理中有着广泛的应用，因此，无论是在理论研究上还是在如通讯、HDTV(高清晰度电视)、雷达、图象处理、数字音频等实际应用上都有着美好的技术前景和巨大的实用价值。
基于matlab实现数字滤波设计，可通过修改滤波器的参数十分方便地改变滤波器的特性，因此我们有必要对滤波器的设计方法进行研究，理解其工作原理优化设计方法，设计开发稳定性好的滤波器系统。掌握滤波器的设计技术和原理能为在通信领域、信号处理领域等诸多领域中对数字滤波器的设计提供技术和准备，这不仅具有重要的理论意义同时还具有重要的现实意义。
2 MATLAB简介
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的意思，是由美国MathWorks公司于1982 年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体。
在Matlab内部配备了涉及到自动控制、信号处理和计算机仿真等种类繁多的工具箱,所以Matlab的应用非常广泛,它可涉足于数值分析、控制、信号分析和通信等多种领域。Matlab不仅可完成基本代数运算操作,而且还可完成矩阵函数运算,提供丰富的实用函数
命令。另外,用户还可以根据自己的需要编写函数。
MATLAB的信号处理工具箱是专门应用于信号处理领域的专用工具箱，它的两个基本组成就是滤波器的设计与实现部分以及谱分析部分。工具箱提供了众多功能强大的函数，使原来繁琐的程序设计简化成函数的调用。只要以正确的指标参数调用相应的滤波器设计程序或工具箱函数，便可以得到正确的设计结果，使用非常方便。
2.1.1Matlab的特点
一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同FORTRAN和C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C和FORTRAN语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。