树形结构滤波器组设计

山东轻工业学院

课程设计任务书

学院电子信息与控制工程学院专业通信工程

题目树形结构滤波器组设计

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

主要内容：

滤波器组在语音、图像的子带编码和压缩中都有着广泛的应用，非均匀滤波器组还构成了Mallat多分辨分析的算法基础，在小波变换中占有重要的地位。本设计主要内容是研究树形滤波器组的原理，并设计一个树形滤波器组，实现语音信号的分解与重构。

基本要求：

（1）滤波器组的基本原理；（2）树形结构滤波器组的原理及设计方法；（3）设计一个8通道的树形结构滤波器组：均匀滤波器组和非均匀滤波器组；给出设计思路及结果；（4）用设计的滤波器组对某信号进行多通道分解，验证滤波器组的性能，对结果进行分析；（5）提交课程设计报告。

主要参考资料：

1. 胡广书. 现代信号处理教程，数字信号处理. 清华大学出版社. 2005.06

2. 高西全. 数字信号处理. 西安电子科技大学出版社. 2009.01

3. matlab信号处理相关书籍，多采样率信号处理的书籍、资料。

4. 相关网络资源

完成期限：自2012 年 6 月28 日至2010 年7 月13 日

指导教师：张凯丽教研室主任：

目录

主要内容摘要……………………………………

一、设计方案………………………………

二、设计原理………………………………

三、设计框图…………………………

四、设计程序………………………………

五、结果图……………………………

六、结果图分析………………………………

七、结论及心得………………………………

八、参考资料………………………………

附录代码……………………………………

内容摘要：

树形结构滤波器组设计，将信源输入信息编码频带分段，便于在有限带宽信道中传输并且提高传输速率，在信宿端将信号解码恢复原始信号。有一定的失真。语音数据的有效编码可以提高通信系统的有效性，大大减少存储设备的容量。

子带编码是一种常用语音编码技术，子带编码中的子带分解和合成是子带编码中的重要组成部分。使用树形结构滤波器组实现语音信号的子带分解和合并，常用的平行结构滤波器虽然也可以实现自带的分解，实现对高频成分的压缩，但不如树形结构灵活，树形结构QMFB可以实现多分辨率的信号分解与压缩，同时重建信号失真度很低。

一．设计方案

本次课程设计，分别用对称结构和非对称结构滤波器组设计，实现语音信号或别的信号3级分解8通道传输。我组用的matlab编程实现方法。

一个语音处理系统主要包括语音信号的采集，预处理，语音信号的压缩编码，语音信号的解码，语音信号的增强，最后通过音频输出设备输出。为了能够使采集到的语音信号能够完全恢复出来，一般信号的采样频率都是很高的，例如44100HZ，但是人耳能够识别的声音信号的频率范围在300~3400HZ，高于3400HZ的频率基本对人耳无效，因此可以滤除不予编码，同时在300~3400的频率段也有部分频率段占用很少一部分能量，可以子带分解后用较短的码长编码，以此来降低码率，而对低频部分可以通过抽取，来减少传输和处理的数据量。在接收端可以通过插值恢复出低频信号。

本系统主要实现的关键步骤是针对语音信号的频谱设计与之相适应的树形滤波器组，在信源段首先对音频信号进行预处理滤除多余的频段，然后就是设计信源端得分析滤波器组和信宿段综合滤波器组的设计。

以以语音信号为例，这里只分析对称滤波器组的设计（非对称的自然就明白了）：将信号经过2通道正交镜像滤波器组和2-抽取器，完成信号的第一次高低分频和抽取，然后分别将分解出来的低频高频信号再次通过2通道正交镜像滤波器组和2-抽取器，实现对第一次分解出来的低频高频信号的高低分频和抽取，将分解出来的4个频段成分在经过2通道正交镜像滤波器组和2-抽取

器，实现8通道，就是音频信号的需要传输或者处理的有用信号，然后对分解出来的有用信号的高低频信号分别进行插值再对应两两合并，得到4个信号再次插值，合并，得到2个信号，再次插值，合并，得到信宿端信号。这就是信源的分解滤波器组，将音频信号分解成8通道信号，进行存储或传输等一系列处理。

期间用到的滤波器等：

1.预滤波时用到带通滤波器300~3400hz。椭圆型带通滤波器

function y1_yu=pre_process(y1)

Fs=8000;

fpl=300;

fpu=3400;

fsl=200;

fsu=3600;

wp=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];

ws=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];

rp=1;

rs=40;

[N,wpo]=ellipord(wp,ws,rp,rs);

[B,A]=ellip(N,rp,rs,wpo);

[H,w]=freqz(B,A);

y1_yu=filter(B,A,y1);

2.正交镜像滤波器组含高通和低通滤波（1/2）用于分解信号为2个一个高频一个低频、，抽取用到2级抽取downsample函数

function [y1,y2]=fenjie(x)

fs=44100;

t2=0:1/fs:(length(x)-1)/fs ;

a1=fir1(100,1/2);窗函数长度100.3db截止频率为1/2

a2=qmf(a1) ;

w1=filter(a1,1,x); %低通滤波

w2=filter(a2,1,x); %高通滤波

%抽取

y1=downsample(w1,2); %抽取2

y2=downsample(w2,2); %抽取2

其中参数值子程序

求H0(Z)和G0(Z)的值

（1）H0(Z)

a1=fir1(100,1/2);

a2=qmf(a1) ;

figure(19)

x=0:1:100;