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1、课课 程程 设设 计计 课程名称 数字信号处理 题目名称 数字滤波器的设计 学生学院 自动化学院 专业班级 电子信息科学与技术 2 班 学 号 学生姓名 指导教师 2010 年 5 月 23 日 目目 录录 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求.1 2 原理介绍原理介绍.1 3 设计方案设计方案.1 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析.1 信号通过 IIR 滤波器的数据 .1 信号通过 FIR 滤波器的数据.2 5 结论与问题讨论结论与问题讨论.4 6 源程序源程序.4 摘摘 要要 本设计主要通过本设计主要通过 IIRIIR 和和 FIRFIR 实现对音频文件人声的滤除，由实现对音频
2、文件人声的滤除，由 MATLABMATLAB 程序实现，程序实现，FIRFIR 与与 IIRIIR 相比，有相比，有 一定的优点。一定的优点。FIRFIR：有限脉冲响应滤波器。有限说明其脉冲响应是有限的。与：有限脉冲响应滤波器。有限说明其脉冲响应是有限的。与 IIRIIR 相比，它具有线性相位、相比，它具有线性相位、 容易设计的优点。容易设计的优点。 关键词：关键词：IIRIIR FIRFIR MATLABMATLAB 1 设计任务目的与要求设计任务目的与要求 1.1 设计并编程实现数字滤波器，对一个单声道的歌曲文件，尽可能地消除其中的人声，获得该歌曲 的乐器伴奏版。 2 原理介绍原理介绍 2
3、.1 基本原理：人声中，对可懂度和清晰度起主要影响的频率成分，位于数百 hz数千 hz 频率范围。 而各种乐器音所覆盖的频率范围很广，在数十 hz十几 khz。因此可利用带阻滤波器，抑制人声。 3 设计方案设计方案 运用 IIR 和 FIR 滤波器实现带阻滤波器，确定通带截止频率，通过设置阻带带宽数 十 hz十几 khz，以及滤波器的阶数，从而基本实现对人声音的过滤，进而对参数进行细微 调整，从而更好的达到设计要求。 4 实验结果与数据分析实验结果与数据分析 4.1课程设计的要求与数据 歌曲文件格式歌曲文件格式：单声道 wav 文件； 模拟滤波器的技术指标模拟滤波器的技术指标：带阻滤波器的阻带
4、可先设为 400hz4000hz，阻带相对于通带 衰减 20dB 以上； 相应的数字滤波器技术指标相应的数字滤波器技术指标：带阻滤波器的阻带可先设为 Ts400hzTs4000hz（Ts为采 样间隔） ，阻带相对于通带衰减 20dB 倍以上； 数字滤波器的类型数字滤波器的类型：IIR 和 FIR 数字滤波器分别设计一种； 最终实现方式最终实现方式：编写 C 语言程序或 Matlab 程序实现，输入一个带人声的单声道歌曲文 件（wav 格式） ，处理结果保存至另一个单声道 wav 文件（该歌曲的乐器伴奏版） ； IIR 滤波器的数据 滤波前后的 波形 和 频谱 IIRIIR 带阻滤波器的幅频相频
5、特性：带阻滤波器的幅频相频特性： FIR 滤波器的数据 一 滤波前后的 波形 和 频谱 二、二、FIRFIR 带阻滤波器的幅频相频特性：带阻滤波器的幅频相频特性： IIRIIR 滤波器滤波器 的的 零点零点 0.02270.0227 -0.2905-0.2905 1.75001.7500 -6.5828-6.5828 17.265517.2655 -33.3908-33.3908 49.091849.0918 -55.7320-55.7320 49.091849.0918 -33.3908-33.3908 17.265517.2655 -6.5828-6.5828 1.75001.7500 -
6、0.2905-0.2905 0.02270.0227 IIRIIR 滤波器滤波器 的的 极点极点 1.00001.0000 -6.7641-6.7641 20.780720.7807 -39.2933-39.2933 52.671552.6715 -54.2908-54.2908 44.511244.5112 -29.0905-29.0905 15.145815.1458 -6.3128-6.3128 2.06462.0646 -0.4981-0.4981 0.08600.0860 -0.0107-0.0107 0.00040.0004 参考文献 11 赵健赵健 李勇李勇 编著编著 数字信号处
7、理数字信号处理M.M. 北京大学出版社北京大学出版社, , 2002007 7: : 10103 3-1-15757 22 SanjitSanjit K.MitraK.Mitra 著著 数字信号处理实验指导书数字信号处理实验指导书 MM 北京：电子工业出版社，北京：电子工业出版社，2005-90-99.2005-90-99. 6 源程序源程序 IIRIIR 滤波器滤波器 源程序源程序 y,f,bit=y,f,bit= wavread(d:chenglongzuiquan.wav);wavread(d:chenglongzuiquan.wav); Y=fft(y);Y=fft(y); ws=0.
8、04ws=0.04 0.4;wp=0.0050.4;wp=0.005 0.5;0.5; rp=3;rs=22;rp=3;rs=22; nl,wnl=buttord(wp,ws,rp,rs);nl,wnl=buttord(wp,ws,rp,rs); num,den=butter(nl,wnl,stop);num,den=butter(nl,wnl,stop); disp(fenzi);disp(num);disp(fenzi);disp(num); disp(fenmu);disp(den);disp(fenmu);disp(den); freqz(num,den,10000,f);freqz(
9、num,den,10000,f); c=filter(num,den,y);c=filter(num,den,y); B=fft(c);B=fft(c); figure;figure; subplot(221);plot(y);title(subplot(221);plot(y);title(源信号波形源信号波形);); subplot(222);plot(abs(Y);subplot(222);plot(abs(Y); title(title(源信号频谱源信号频谱);); subplot(223);plot(c);title(subplot(223);plot(c);title(滤波后波形滤
10、波后波形 );); subplot(224);plot(abs(B);subplot(224);plot(abs(B); title(title(滤波后频谱滤波后频谱);); sound(c,f);sound(c,f); FIRFIR 滤波器滤波器 源程序源程序 y,fs,nbit=y,fs,nbit= wavread(d:chenglongzuiquan.wav);wavread(d:chenglongzuiquan.wav); Y=fft(y);Y=fft(y); N=length(y);%N=length(y);%文件长度文件长度 t=(0:N-1)/fs;%t=(0:N-1)/fs;%
11、时间长度时间长度 Wp1=2*470/fs;Wp1=2*470/fs; Wp2=2*3500/fs;Wp2=2*3500/fs; Wc1=2*450/fs;Wc1=2*450/fs; Wc2=2*3700/fs;Wc2=2*3700/fs; Ap=1;Ap=1; As=21;As=21; W1=(Wp1+Wc1)/2;W1=(Wp1+Wc1)/2; W2=(Wp2+Wc2)/2;W2=(Wp2+Wc2)/2; wdth=min(Wp1-Wc1),(Wc2-Wp2);wdth=min(Wp1-Wc1),(Wc2-Wp2); N=ceil(11*pi/wdth)+1;N=ceil(11*pi/wd
12、th)+1; b b = = fir1(N,W1fir1(N,W1 W2,stop);W2,stop); freqz(b,1,512,fs)freqz(b,1,512,fs) y2=filter(b,1,y);y2=filter(b,1,y); B=fft(y2);B=fft(y2); figure;figure; subplot(221);plot(y);subplot(221);plot(y); title(title(源信号波形源信号波形);); subplot(222);plot(abs(Y);subplot(222);plot(abs(Y); title(title(源信号频谱源信号频谱);); subplot(223);plot(y2);title(subplot(223);plot(y2);title(滤波后波滤波后波 形形);); subplot(224);plot(abs(B);subplot(224);plot(abs(B); title(title(滤波后频谱滤波后频谱);); sound(y2,fs);%sound(y2,fs);%回放该音频回放该音频 wavwrite(y2,fs,nbit,gaihou.wav);wavwrite(y2,fs,nbit,gaihou.wav);