窗函数滤波器课程设计.docx

1、0目录目录目录 .0第一章 课程设计的目的 .1第二章 主要设计内容 .2第三章 设计原理及思想 .33.1 设计 FIR 滤波器的原理 .33.2 各种窗函数的具体参数 .4第四章 主程序框图 .5第五章 参考程序 .6第六章 FIR 滤波器图像对比 .96.1 低通滤波器设计结果图 .96.2 带通滤波器设计结果图 .96.3 高通滤波器设计结果图 .10第七章 滤波器的应用 .117.1 应用程序 .117.2 滤波结果图 .12第八章 心得体会 .14第九章 参考文献 .151第一章 课程设计的目的语音信号处理的好坏将影响并导致语音信号的好坏，只有通过将这些语音信号进行一系列的的数字处

2、理，才能将那些非必要的噪声杂波妥善滤除，得到纯净的单纯的语音信号，因此语音信号去噪处理是具有现实意义的研究课程。通过课设可以达到以下目的：1、通过课程设计把自己在大学中所学的知识应用到实践当中。2、深入了解利用 Matlab 设计 FIR 数字滤波器的基本方法。3、在课程设计的过程中掌握程序编译及软件设计的基本方法。4、提高自己对于新知识的学习能力及进行实际操作的能力。5、锻炼自己通过网络及各种资料解决实际问题的能力。2第二章 主要设计内容利用窗函数法设计 FIR 滤波器，绘制出滤波器的特性图。利用所设计的滤波器对多个频带叠加的正弦信号进行处理，对比滤波前后的信号时域和频域图，验证滤波器的效果

3、。1、学习用窗函数法设计 FIR 数字滤波器的原理及其设计步骤；2、用 Matlab 方法对 FIR 数字滤波器数学模型的系数进行求解；并用窗函数法完成低通、高通、带通滤波器的设计；采用频率为 16KHZ、截止频率为 200HZ，阶数为 30 阶；3、用三角形窗、哈明窗、布莱克曼窗完成 FIR 数字滤波器的设计，并对结果进行比较和分析。3第三章 设计原理及思想3.1 设计 FIR 滤波器的原理如果所希望的滤波器的理想的频率响应函数为 jdeH，则其对应的单位脉冲响应为（3.1）enhjdd21窗函数设计法的基本原理是用有限长单位脉冲响应序列 nh逼近 d。由于往往是无限长序列，而且是非因果的，

4、所以用窗函数 将 截断，并进行加nhd权处理，得到：（3.2）nhd就作为实际设计的 FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数nh为jeH（3.3）njNnjehe10式中，N 为所选窗函数 的长度。我们知道，用窗函数法设计的滤波器性能取决于窗函数 的类型及窗口长度 N 的取n值。设计过程中，要根据对阻带最小衰减和过渡带宽度的要求选择合适的窗函数类型和窗口长度 N 。各种类型的窗函数可达到的阻带最小衰减和过渡带宽度见表 1。这样选定窗函数类型和长度 N 之后，求出单位脉冲响应 ，并按照nhnd式（3.3）求出 。 是否满足要求，要进行演算。一般在 尾部加零使长度jeHj满足 2 的

5、整数次幂，以便用 FFT 计算 。如果要观察细节，补零点数增多即可。如果jeH不满足要求，则要重新选择窗函数类型和长度 N，再次验算，直至满足要求。je如果要求线性相位特性，则 还必须满足nhNnh1根据上式中的正、负号和长度 N 的奇偶性又将线性相位 FIR 滤波器分成四类。要根据4所设计的滤波特性正确选择其中一类，例如，要设计线性相位低通特性，可以选择这一类，而不能选择 这一类。nNhn1nNhn13.2 各种窗函数的具体参数表 1 各种窗函数的基本参数窗函数 旁瓣峰值幅度/dB 过渡带宽 阻带最小衰减/dB矩形窗 -13 4/N -12三角形窗 -25 8/N -25汉宁窗 -31 8/

6、N -44哈明窗 -41 8/N -53不莱克曼窗 -57 12/N -74凯塞窗(=7.865) -57 10/N -805第四章 主程序框图开始读入窗口长度 N计算 hd(n)调用窗函数子程序求 w(n)调用子程序（函数）计算 H(k)=DFTh(n)调用绘图子程序（函数）绘制 H(k)幅度相位曲线结束图 1 主程序框图计算 h(n)= hd(n) w(n)6第五章 参考程序主要程序：近似计算截止频率 wc=0.5*(wp+ws)/pi；过渡带宽 Bt=ws-wp 或 wp-ws；三角形窗滤波器阶数 N1=ceil(6.1*pi/Bt);哈明窗滤波器阶数 N1=ceil(6.6*pi/Bt

7、);布莱克曼窗滤波器阶数 N1=ceil(11*pi/Bt);实现此题的程序如下：%低通滤波close all; clc; clear all; %清零，清屏，关闭其他窗口wpl=pi/4; % 通带截止频率wsl=pi/2; % 阻带截止频率Btl=wsl-wpl; % 过渡带宽wcl=0.5*(wpl+wsl)/pi; % 近似计算截止频率N1l=ceil(6.1*pi/Btl); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=bartlett(N1l+1); % 三角窗b1l=fir1(N1l,wcl,window); % 三角窗低通滤波器设计N2l=ceil(6.6*pi/Btl); %

8、 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=hamming(N2l+1); % 哈明窗b2l=fir1(N2l,wcl,window); % 哈明窗低通滤波器设计N3l=ceil(11*pi/Btl); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=blackman(N3l+1); % 布莱克曼窗b3l=fir1(N3l,wcl,window); % 布莱克曼窗低通滤波器设计%带通滤波器close all; clc; clear all; %清零，清屏，关闭其他窗口wp1=0.35*pi; % 通带截止频率 1ws1=0.2*pi; % 阻带截止频率 1wp2=0.8*pi; %通带截止频率 2w

9、s2=0.65*pi; %阻带截止频率 2Bt=wp1-ws1; % 过渡带宽7wc1=0.5*(wp1+ws1)/pi; % 近似计算截止频率 1wc2=0.5*(wp2+ws2)/pi; % 近似计算截止频率 2N1b=ceil(6.1*pi/Bt); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=bartlett(N1b+1); % 三角窗b1b=fir1(N1b,wc1,wc2,window); % 三角窗带通滤波器设计N2b=ceil(6.6*pi/Bt); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=hamming(N2b+1); % 哈明窗b2b=fir1(N2b,wc1,wc2,

10、window); % 哈明窗带通滤波器设计N3b=ceil(11*pi/Bt); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=blackman(N3b+1); % 布莱克曼窗b3b=fir1(N3b,wc1,wc2,window); % 布莱克曼窗带通滤波器设计%高通滤波wph=pi/2; % 通带截止频率wsh=pi/4; % 阻带截止频率Bth=wph-wsh; % 过渡带宽wch=0.5*(wph+wsh)/pi; % 近似计算截止频率N1h=ceil(6.1*pi/Bth); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=bartlett(N1h); % 三角窗b1h=fir1(N1h-

11、1,wch,high,window); % 三角窗高通滤波器设计N2h=ceil(6.6*pi/Bth); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=hamming(N2h); % 哈明窗b2h=fir1(N2h-1,wch,high,window); % 哈明窗高通滤波器设计N3h=ceil(11*pi/Bth); % 根据过渡带宽度求滤波器阶数window=blackman(N3h+1); % 布莱克曼窗b3h=fir1(N3h,wch,high,window); % 布莱克曼窗高通滤波器设计%查看低通滤波器幅频及相频特性freqz(b1l,1,512); title(三角窗低通滤波器幅

12、频及相频特性); % 查看三角窗低通滤8波器幅频及相频特性figure; %换一页显示freqz(b2l,1,512);title(哈明窗低通滤波器幅频及相频特性); % 查看哈明窗低通滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示freqz(b3l,1,512); title(布莱克曼窗低通滤波器幅频及相频特性); % 查看布莱克曼窗滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示%查看带通滤波器幅频及相频特性freqz(b1b,1,512);title(三角窗带通滤波器幅频及相频特性); % 查看三角窗带通滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示 freqz(b2b,1,512)

13、;title(哈明窗带通滤波器幅频及相频特性); % 查看 哈明窗带通滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示 freqz(b3b,1,512); title(布莱克曼窗带通滤波器幅频及相频特性); % 查看布莱克曼窗滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示%查看高通滤波器幅频及相频特性freqz(b1h,1,512); title(三角窗高通滤波器幅频及相频特性); % 查看三角窗高通滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示freqz(b2h,1,512);title(哈明窗高通滤波器幅频及相频特性); % 查看哈明窗高通滤波器幅频及相频特性figure; %换一页显示freqz(b3h,1,512); title(布莱克曼窗高通滤波器幅频及相频特性); % 查看布莱克曼窗滤波器幅频及相频特性%换一页显示9第六章 FIR 滤波器图像对比6.1 低通滤波器设计结果图以下分别为三角窗、哈明窗和布莱克曼窗低通滤波器：6.2 带通滤波器设计结果图以下分别为三角窗、哈明窗和布莱克曼窗低通滤波器：