基于Matlab滤波器及均衡器设计.doc

基于Matlab的数字滤波器设计及均衡器设计数字滤波器设计背景及目的数字滤波器是一个离散时间系统，是一种按预定的算法，将输入离散时间信号转换为所要求的输出离散时间信号的特定功能装置。数字滤波器具有高精度、高可靠性、可程控改变特性或复用、便于集成等优点。数字滤波器在语言信号处理、图像信号处理、医学生物信号处理以及其他应用领域都得到了广泛应用。数字滤波器有低通、高通、带通、带阻和全通等类型。它可以是时不变的或时变的、因果的或非因果的、线性的或非线性的。应用最广的是线性、时不变数字滤波器，以及FIR滤波器。本次设计的目的是在MatlabR2007a的软件平台上，应用所学知识，设计一款FIR数字滤波器，要求有便于用户操作的用户界面，能完成低通、高通、带通及带阻等常用滤波功能。数字滤波器设计原理数字滤波器可以按所处理信号的维数分为一维、二维或多维数字滤波器。一维数字滤波器处理的信号为单变量函数序列，例如时间函数的抽样值。二维或多维数字滤波器处理的信号为两个或多个变量函数序列。例如，二维图像离散信号是平面坐标上的抽样值。本次设计的滤波器属于一维数字滤波器。图1信号变换数字滤波器的优点是利用差分方程可求离散系统的瞬态解，如下图2所示。图2滤波器优点FIR滤波器又称为有限脉冲响应滤波器，FIR就来源于名词“有限脉冲响应”的英文单词首字符缩写。FIR传递函数：脉冲响应函数：由于h(k)是一个有限长度的序列，故FIR滤波器称为有限脉冲响应滤波器。FIR滤波器的滤波公式：y(k)=h(0)x(k-m/2)+h(1)x(k-m/2+1)+...+h(m)x(k+m/2)FIR滤波器系数脉冲响应函数设计方法如下其中低通、高通、带通及带阻的设计原理如下图所示。设计内容搭建GUI界面Matlab环境下的图形用户界面（GUI）是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。利用GUI控件中自带的按钮，根据需要组成如下图3所示的数字信号发生器的Gui界面。图3用户GUI界面在本设计中，已经给定了用户函数，该函数不能改变，用户可以根据需要输入不同的信号频率，如图中f1、f2和f3。在左下侧用户可以根据需要选择“低通”、“高通”、“带通”及“带阻”等四种不同类型的滤波器。也可以选择不同的滤波方法，如“butter”、“cheby1”、“cheby2”及“ellip”等滤波方法，定义滤波阀值，阶数等参数。在右上侧是原始信号显示窗口，右下侧是滤波后的信号波形及幅值谱。编写M文件使用Matlab自带的滤波器函数，可以很容易的对输入信号进行滤波变换。Butter滤波方式：[ba]=butter(order,[str1str2],'stop');Cheby1滤波方式：[ba]=cheby1(order,0.5,[str1str2],'stop');Cheby2滤波方式：[ba]=cheby2(order,20,[str1str2],'stop');Ellip滤波方式：[ba]=ellip(order,0.5,20,[str1str2],'stop');继续完善其他函数的填写，可以完成数字信号发生器的M文件编写，详细的M文件见附件。运行结果展示图4低通滤波器图5高通滤波器图6带通滤波器图7带阻滤波器设计心得体会在进行数字滤波器的设计过程中发现，Matlab的数学处理功能确实非常的强大，可以满足对一般信号处理的要求。在设计过程中，我也学习到了很多关于信号处理的实践方法，让我对信号处理及信号的本质有了更深一步的认识，这些都是在书本学习中无法理解的。同时，对信号处理中常见的滤波类型有了清晰的认识，不再停留于课本上简单抽象的定义了。但是，本次设计仅仅提供了简单的信号发生器中输入的信号，不是现实生活中的信号，带有的理想成分太大，得到的结果也是非常的“理想”，如果输入实际生活中的信号，可能本设计需要增添很多相关处理的内容，如：最高信号频率的设计，窗函数截断的影响等等。虽然本设计离实际应用还有一段距离，但是让我对“工程数字信号处理与算法实践”这门课的知识融汇连接在一起，印象深刻。均衡器设计背景及目的在音响器材中，声音均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备，通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及其它特殊作用，一般调音台上的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节。本次设计利用Matlab搭建的数字声音均衡器来模拟实际中的硬件产品。本次设计的目的是设计一款声音均衡器，可以对1-10000Hz的频率分为10个调节区间进行衰减或加强，并将原信号和处理后的信号的频域图像选择性地播放出来。均