基于FIR滤波器的语音信号处理设计

毕业设计选题：基于FIR滤波器的语音信号处理设计

设计思路：

1.介绍数字滤波器的概念及分类

主要分数字滤波器的概念、发展现状、按照不同性能的分类，突出IIR和FIR滤波器。

2.重点介绍FIR滤波器的设计原理

主要从FIR的设计原理（理论）、性能指标、分类、设计方法（重点，一共三种，分别介绍其理论和实现方法）以及优缺点入手分析

3.介绍语音信号的处理过程及原理

简单介绍一下采样原理，再介绍语音信号的采集流程（录音、转码、采样、打开、回放）4.简单介绍MATLAB的功能及使用方法

简单介绍MATLAB在信号处理方面的功能（信号的采集、频谱分析、滤波器的设计）以及它的使用方法

5.设计一个能处理声音信号的FIR滤波器

全文的核心，先录制一段语音，通过MATLAB采集显示，分析时域波形及频谱显示；再设置滤波后的性能指标，用MATLAB分别用三种方法设计出FIR滤波器；将设计好的滤波器加入原语音信号中，观察处理后的时域波形及频谱；最后分析比较三种方法以及与无滤波器的显示比较，得出结论。（如果可以，首先可以在原音中加入噪音，观察加入滤波器前后波形的差异，说明滤波器在语音信号处理方面的作用；只通过编程来完成滤波器的设计，还不够形象，最好可以通过Simulink将整个系统仿真出来，说明结果的可靠性。）

6.简单分析一下所设计滤波器的优缺点

由于FIR滤波器设计原理本身存在一些误差，导致仿真出来的结果必然存在一些误差，

分析这些误差的来源，再说明FIR滤波器在语音信号处理方面的优点，得出结论。

7.总结全文的思路和研究方法

总结在毕业设计过程中遇到的问题，以及解决的方法；最后感谢老师的指导，通过毕业设计学到了哪些东西。

8.参考文献

主要是图书馆借阅的书籍、翻看的论文和报刊，还有网上资料的文献来源。（每引用一些知识点，就注明其出处，但不能完全照抄，按照自己的话来重新组织。）

9.附录

将MATLAB的编程代码全部附上，如果有其他的图表也附上

研究对象：FIR滤波器

辅助对象：语音信号

工具软件：MATLAB

语音信号的滤波流程图

摘要

本文设计介绍了基于Matlab的对语音信号采集、处理及FIR滤波器的设计，并使之实现的过程。理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，用Matlab进行数字语音信号处理，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。

关键词：数字滤波器 FIR 语音信号 MATLAB

第1章数字滤波器的概念与分类

随着信息时代与数字技术的发展，数字信号处理己逐渐发展成为当今极其重要的学科与技术领域之一。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。在数字信号处理的基本方法中，通常会涉及到变换、滤波、频谱分析、调制解调和编码解码等处理。其中，滤波是应用非常广泛的一个环节，数字滤波器的相关理论也一直都是人们研究的重点之一。数字滤波器是数字信号处理的重要基础，在对信号的滤波、检测及参数的估计等信号应用中，数字滤波器是使用最为广泛的一种线性系统。数字滤波器根据其单位冲击响应函数的时域特性可分为两类：无限冲击响应(IIR)数字滤波器和有限冲击响应(FIR)数字滤波器。与IIR数字滤波器相比,FIR数字滤波器的实现是非递归的，稳定性好，精度高；更重要的是FIR数字滤波器在满足幅度响应要求的同时，可以获得严格的线性相位。因此，它在高保真的信号处理中，如数字音频、图像处理、数据传输和生物医学等领域得到广泛应用

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1数字滤波器

1.1数字滤波器的概述

所谓数字滤波器，是指输入输出均为数字信号，通过一定的运算关系，改变输入信号中所含频率成分的相对比例，或则滤除某些频率成分的器件[3]。数字滤波器具有稳定性高、精度高、灵活性大等突出优点。对于数字滤波器而言，若系统函数为H(z),其脉冲响应为h(n),输入时间序列为x(n),则它们在时域内的关系式如下：

()()()y n h n x n =*

(1-1)

在Z 域内，输入和输出存在如下关系：

()()()Y z H z X z =

(1-2)

式中， X(z)、Y(z)分别为x(n)和y(n)的Z 变换。

在频域内，输入和输出则存在如下关系：

()()()Y j H j X j ωωω=

(1-3)

式中，()H j ω是数字滤波器的频率特性；()X j ω、()Y j ω分别为x(n)和y(n)的频谱，而ω为数字角频率。

1.2数字滤波器的分类

数字滤波器可以有很多种分类方法，但总体上可分为两大类。一类称

为经典滤波器，即一般的滤波器，其特点是输入信号中的有用成分和希望滤除的成分占用不同的频带，通过合适的选频滤波器可以实现滤波[4]。例如，若输入信号中有干扰，信号和干扰的频带互不重叠，则可滤出信号中的干扰得到纯信号。但是，如果输入信号中信号和干扰的频带相互重叠，则干扰就不能被有效的滤除。另一类称为现代滤波器，如维纳滤波器、卡尔曼滤波器等，其输入信号中有用信号和希望滤除的频带成分重叠。对于经典滤波器，从频域上也可以分为低通、高通、带通和带阻滤波器。从时域特性上看，数字滤波器还可以分为有限脉冲响应（FIR ，finite impulse response ）数字滤波器和无限脉冲响应（IIR, infinite impulse response ）数字滤波器[5]。

对于有限脉冲响应（FIR ）数字滤波器，其输出y(n)只取决于有限个过