MATLAB课程设计要点

郑州轻工业学院

课程设计任务书

题目基于双线性Z变换法的IIR数字带阻滤波器设计

专业、班级电子信息工程学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

利用MATLAB软件读取一段含有噪声的.wav格式的语音信号，然后基于FFT对该信号进行频谱分析；基于含噪语音信号的频谱确定滤波器的参数，利用双线性Z变换法设计IIR数字带阻滤波器，并利用所设计的滤波器对信号进行滤波处理。比较滤波前后语音信号的时域波形及频谱，分析滤波前后的语音变化。

基本要求：

1、基于含噪语音信号的频谱确定滤波器的参数；

2、基于双线性Z变换法分别设计一个巴特沃斯IIR数字带阻滤波器和切比雪夫IIR 数字带阻滤波器；

3、掌握利用wavread函数读取、播放.wav格式语音信号的方法；

4、对语音信号进行滤波，绘制滤波前后信号的时域波形及频谱；

5、回放语音信号，分析滤波前后的语音变化。

主要参考资料：

1、从玉良.数字信号处理原理及其MATLAB实现[M].北京：电子工业出版社.2009.7

2、胡广书.数字信号处理理论、算法与实现[M].北京：清华大学出版社.2003,8

完成期限：2010.6.22—2010.6.26

指导教师签名：

课程负责人签名：

2013年6月22日

郑州轻工业学院

课程设计说明书

题目：基于双线性Z变换法的IIR数字带阻滤波器设计

姓名：

院（系）：电子信息工程

专业班级：电信工程

学号：

指导教师：蔡超峰

成绩：

时间：2015 年 6 月29日至2015 年7 月 3 日

目录

1引言............................................ 错误！未定义书签。2课程设计要求. (3)

2.1课程设计题目 (3)

2.2课程设计目的 (3)

2.3设计要求 (4)

2.4数字滤波器的基本概念 (5)

2.5数字滤波器设计的基本步骤 (5)

2.5.1确定指标 (5)

2.5.2模型逼近 (6)

2.5.3实现性能分析和计算机仿真 (6)

3 IIR数滤波器设计的原理与方法字 (6)

3.1 IIR数字滤波器设计的原理 (6)

3.2 IIR 数字滤波器设计的基本方法 (8)

4 IIR带阻滤波器的MATLAB 设计 (9)

4.1 IIR带阻滤波器的设计流程 (9)

5 IIR带阻滤波器的仿真结果及波形 (10)

6 IIR带阻滤波器的仿真结果分析 (14)

总结 (16)

参考文献 (17)

1.引言

在现代通信系统中，由于信号中经常混有各种复杂成分，所以很多信号的处理和分析都是基于滤波器而进行的。数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。数字滤波器有多种分类，根据数字滤波器冲激响应的时域特征，可将数字滤波器分为两种，即无限长冲激响应(IIR)滤波器和有限长冲激响应(FIR)滤波器。但是，传统的数字滤波器的设计使用繁琐的公式计算，改变参数后需要重新计算，从而在设计滤波器尤其是高阶滤波器时工作量很大。利用MATLAB信号处理箱(Signal Processing Toolbox)可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真。

本文设计一个IIR数字带阻滤波器。IIR数字滤波器具有无限宽的冲激响应，与模拟滤波器相匹配，所以IIR滤波器的设计可以采取在模拟滤波器设计的基础上进一步变换的方法。其设计方法主要有经典设计法、直接设计法和最大平滑滤波器设计法。在对滤波器实际设计时，整个过程的运算量是很大的。

设计完成后对已设计的滤波器的频率响应要进行校核，要得到幅频、相频响应特性，运算量也是很大的。平时所要设计的数字滤波器，阶数和类型并不一定是完全给定的，

很多时候要根据设计要求和滤波效果不断地调整，以达到设计的最优化。在这种情况下，滤波器设计就要进行大量复杂的运算，单纯的靠公式计算和编制简单的程序很难在短时间内完成。利用MATLAB强大的计算功能进行计算机辅助设计，可以快速有效地设计数字滤波器，大大地简化了计算量。

滤波器的功能是让一定频率范围内的信号通过，而将此频率范围之外的信号加以抑制或使其急剧衰减。当干扰信号与有用信号不在同一频率范围之内，可使用滤波器有效的抑制干扰。用LC网络组成的无源滤波器在低频范围内有体积重量大，价格昂贵和衰减大等缺点，而用集成运放和RC网络组成的有源滤波器则比较适用于低频，此外，它还具有一定的增益，且因输入与输出之间有良好的隔离而便于级联。由于大多数反映生理信息的光电信号具有频率低、幅度小、易受干扰等特点，因而RC有源滤波器普遍应用于光电弱信号检测电路中

数字滤波器的实用型式很多，大略可分为有限冲激响应型和无限冲激响应型两类，可用硬件和软件两种方式实现。在硬件实现方式中，它由加法器、乘法器等单元所组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器完全不同。数字信号处理系统很容易用数字集成电路制成，显示出体积小、稳定性高、可程控等优点。数字滤波器也可以用软件实现。软件实现方法是借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数

字滤波计算。

带阻滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带阻滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLC circuit)。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生.

2.课程设计要求

2.1课程设计题目

数字滤波系统的MATLAB实现与分析

——双线性变换法设计数字带阻IIR滤波器

2.2课程设计目的

通过本次综合设计，运用已学的课程知识，根据题目要求进行软件仿真设计和调试，对《数字信号处理》课程中涉及的滤波器原理和设计方法有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法；掌握在Windows环境下语音信号采集的方法；掌握数字信号处理的基本概念、