【滤波器】基于FIR+IIR（高通+低通+带通）滤波器实现音频信号去噪含Matlab源码

1 简介

结合数字滤波器的理论基础和设计方法,在MATLAB程序语言环境下,设计出有限长单位脉冲响应(FIR)数字滤波器,同时利用GUI界面设计FIR数字滤波器人机交互平台,该系统平台界面直观、操作简单且功能齐全,可实现对加噪语音信号的去噪滤波功能.平台主要包括语音信号、加噪信号、FIR数字滤波器设计和去噪信号四个模块,用户可根据读入的语音信号及噪声信号特点调整滤波器技术指标,实现滤波器的优化设计,最终达到FIR数字滤波器对语音信号的去噪处理效果.​

2 完整代码

clear all;clc;[filename,filepath]=uigetfile('.wav','Open wav file');[y,fs]=audioread([filepath,filename]);  %从电脑文件夹选择wav音频文件 b=menu('请选择选项','原始信号采样后时域图和频谱图','FIR滤波器','IIR滤波器','退出');while(b~=4)if b==1    temp=menu('请选择选项','播放原始语音','原始语音时域图','原始语音做FFT变换后频谱图','返回');    if temp==1       %播放语音       sound(y);    elseif temp==2       %画出原始语音时域图       figure(11)        plot(y);       xlabel('时间（ms)');        ylabel('幅值');           title('原始语音时域图');    elseif temp==3       %画出原始语音做FFT变换后频谱图       Y1=fft(y);       Y=abs(Y1);       figure(12)       plot(Y);       xlabel('频率');        ylabel('幅值');       title('原始语音做FFT变换后频谱图');    else       endend   if b==2    temp=menu('请选择选项','FIR低通滤波器','FIR高通滤波器','FIR带通滤波器','返回');    if temp==1        %FIR低通滤波器        fs=10000;        wp=2*pi*1000/fs;        wst=2*pi*1200/fs;        Rp=1;        Rs=100;        wdelta=wst-wp;        N=ceil(8*pi/wdelta);              %取整        wn=(wp+wst)/2;        [b,a]=fir1(N,wn/pi,hamming(N+1));       %选择窗函数，并归一化截止频率        figure(21)        freqz(b,a,512);        title('FIR低通滤波器');                y1=filter(b,a,y);        figure(22)        subplot(2,1,1)        plot(y)        title('FIR低通滤波器滤波前的时域波形');        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');         subplot(2,1,2)        plot(y1);        title('FIR低通滤波器滤波后的时域波形');        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');                    sound(y1,8000);                    %播放滤波后的语音信号                F0=fft(y1,1024);        f=fs*(0:511)/1024;        figure(23)        y2=fft(y,1024);        subplot(2,1,1);        plot(f,abs(y2(1:512)));        title('FIR带通滤波器滤波前的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');        subplot(2,1,2)        F2=plot(f,abs(F0(1:512)));        title('FIR低通滤波器滤波后的频谱');        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');        elseif temp==2          %FIR高通滤波器        fs=22050;        wp=2*pi*5000/fs;        wst=2*pi*3000/fs;        Rp=1;        Rs=100;        wdelta=wp-wst;        N=ceil(8*pi/wdelta);    %取整        wn=(wp+wst)/2;        [b,a]=fir1(N,wn/pi,'high');             figure(24)        freqz(b,a,512);        title('FIR高通滤波器');                y1=filter(b,a,y);        figure(25)        subplot(2,1,1)        plot(y)        title('FIR高通滤波器滤波前的时域波形');        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');        subplot(2,1,2)        plot(y1);        title('FIR高通滤波器滤波后的时域波形');        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');                sound(y1,8000);      %播放滤波后的语音信号                F0=fft(y1,3000);        f=fs*(0:511)/1024;        figure(26)        y2=fft(y,1024);        subplot(2,1,1);        plot(f,abs(y2(1:512)));        title('FIR高通滤波器滤波前的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');        subplot(2,1,2)        plot(f,abs(F0(1:512)));        title('FIR高通滤波器滤波后的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');    elseif temp==3            %FIR带通滤波器        fs=22050;        wp1=2*pi*1200/fs;wp2=2*pi*3000/fs;        ws1=2*pi*1000/fs;ws2=2*pi*3200/fs;        Rp=1;        Rs=100;        wp=(wp1+ws1)/2;ws=(wp2+ws2)/2;        wdelta=wp1-ws1;        N=ceil(8*pi/wdelta);              %取整        wn=[wp ws];       [b,a]=fir1(N,wn/pi,'bandpass');              figure(27)        freqz(b,a,512);        title('FIR带通滤波器');                y1=filter(b,a,y);        figure(28)        subplot(2,1,1)        plot(y);        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');         title('FIR带通滤波器滤波前的时域波形');        subplot(2,1,2)        plot(y1);        title('FIR带通滤波器滤波后的时域波形');        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');                 sound(y1,8000);                    %播放滤波后的语音信号                F0=fft(y1,3000);        f=fs*(0:511)/1024;        figure(29)        y2=fft(y,1024);        subplot(2,1,1);        plot(f,abs(y2(1:512)));        title('FIR带通滤波器滤波前的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');        subplot(2,1,2)        plot(f,abs(F0(1:512)));        title('FIR带通滤波器滤波后的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');    else        endend    if b==3      temp=menu('请选择选项','IIR低通滤波器','IIR高通滤波器','IIR带通滤波器','返回');      if temp==1           %IIR低通滤波器       fs=22050;       Ts=1/fs;       R1=10;       wp=2*pi*1000/fs;       ws=2*pi*1200/fs;       Rp=1;       Rl=100;       wp1=2/Ts*tan(wp/2);                 %将模拟指标转换成数字指标       ws1=2/Ts*tan(ws/2);        [N,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,R1,'s');  %选择滤波器的最小阶数       [Z,P,K]=buttap(N);                  %创建butterworth模拟滤波器       [Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);       [b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn);          [bz,az]=bilinear(b,a,fs);           %用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换       [H,W]=freqz(bz,az);        figure(31)       plot(W*fs/(2*pi),abs(H))       grid       xlabel('频率／Hz');       ylabel('频率响应幅度');       title('IIR低通滤波器');                     f1=filter(bz,az,y);       figure(32)       subplot(2,1,1)    %画出滤波前的时域图       plot(y);        xlabel('时间（ms)');        ylabel('幅值');        title('IIR低通滤波器滤波前的时域波形');       subplot(2,1,2)       plot(f1);                         %画出滤波后的时域图       title('IIR低通滤波器滤波后的时域波形');       xlabel('时间（ms)');        ylabel('幅值');              sound(f1,9000);                    %播放滤波后的信号              F0=fft(f1,3000);       f=fs*(0:511)/1024;       figure(33)       y2=fft(y,1024);       subplot(2,1,1);       plot(f,abs(y2(1:512)));             %画出滤波前的频谱图       title('IIR低通滤波器滤波前的频谱')       xlabel('频率/Hz');       ylabel('幅值');       subplot(2,1,2)       f=fs*(0:511)/1024;       F1=plot(f,abs(F0(1:512)));          %画出滤波后的频谱图       title('IIR低通滤波器滤波后的频谱')       xlabel('频率/Hz');       ylabel('幅值');          elseif temp==2            %IIR高通滤波器        fs=22050;        Fs=22050;        Ts=1/Fs;        R1=50;        Wp=2*pi*5000/fs;        Ws=2*pi*3000/fs;        Rp=1;        Rl=100;        Wp1=2/Ts*tan(Wp/2);                 %将模拟指标转换成数字指标        Ws1=2/Ts*tan(Ws/2);         [N,Wn]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rl,'s');  %选择滤波器的最小阶数        [Z,P,K]=cheb2ap(N,Rl);                  %创建切比雪夫模拟滤波器        [Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);        [b,a]=lp2hp(Bap,Aap,Wn);           [bz,az]=bilinear(b,a,Fs);           %用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换        [H,W]=freqz(bz,az);                 %绘制频率响应曲线        figure(34)        plot(W*fs/(2*pi),abs(H));        grid        xlabel('频率／Hz');        ylabel('频率响应幅度');        title('IIR高通滤波器');                f1=filter(bz,az,y);        figure(35)        subplot(2,1,1)        plot(y);                       %画出滤波前的时域图        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');         title('IIR高通滤波器滤波前的时域波形');        subplot(2,1,2)        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');         plot(f1);        xlabel('时间（ms)');         ylabel('幅值');         title('IIR高通滤波器滤波后的时域波形');                sound(f1,8000);                    %播放滤波后的信号                F0=fft(f1,1024);        figure(36)        y2=fft(y,1024);        subplot(2,1,1);        plot(f,abs(y2(1:512)));             %画出滤波前的频谱图        title('IIR高通滤波器滤波前的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');        subplot(2,1,2)        f=fs*(0:511)/1024;        plot(f,abs(F0(1:512)));          %画出滤波后的频谱图        title('IIR高通滤波器滤波后的频谱')        xlabel('频率/Hz');        ylabel('幅值');       elseif temp==3          %IIR带通滤波器       Fs=22050;       Ts=1/Fs;       R1=30;       fb1=1200;       fb2=3000;       fc1=1000;       fc2=3200;       fs=22050;       W1=2*fb1*pi/fs;       W2=2*fc1*pi/fs;       W3=2*fb2*pi/fs;       W4=2*fc2*pi/fs;       Wp=[W1,W3];       Ws=[W2,W4];       Rp=1;       Rl=100;       Wp1=2/Ts*tan(Wp/2);                 %将模拟指标转换成数字指标       Ws1=2/Ts*tan(Ws/2);        [N,Wn]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,R1,'s');  %选择滤波器的最小阶数       [Z,P,K]=cheb2ap(N,Rl);                  %创建切比雪夫模拟滤波器       [Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);       [b,a]=lp2bp(Bap,Aap,2100*2*pi,1800*2*pi);          [bz,az]=bilinear(b,a,Fs);           %用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换       [H,W]=freqz(bz,az);                 %绘制频率响应曲线       figure(37)       plot(W*fs/(2*pi),abs(H));       grid       xlabel('频率／Hz');       ylabel('频率响应幅度');       title('IIR带通滤波器');              f1=filter(bz,az,y);       figure(38)       subplot(2,1,1)       plot(y);                        %画出滤波前的时域图       xlabel('时间（ms)');        ylabel('幅值');        title('IIR带通滤波器滤波前的时域波形');       subplot(2,1,2)       F0=fft(f1,1024);       f=fs*(0:511)/1024;       plot(f1);       title('IIR带通滤波器滤波后的时域波形');       xlabel('时间（ms)');        ylabel('幅值');               sound(f1,8000);  %播放滤波后的信号              F0=fft(f1,3000);       figure(39)       y2=fft(y,1024);       f=fs*(0:511)/1024;       subplot(2,1,1);       plot(f,abs(y2(1:512)));             %画出滤波前的频谱图       title('IIR带通滤波器滤波前的频谱')       xlabel('频率/Hz');       ylabel('幅值');       subplot(2,1,2)       plot(f,abs(F0(1:512)));          %画出滤波后的频谱图       title('IIR带通滤波器滤波后的频谱')       xlabel('频率/Hz');       ylabel('幅值');     else     end   endb=menu('请选择选项','原始信号采样后时域图和频谱图','FIR滤波器','IIR滤波器','退出');end

3 仿真结果

4 参考文献

[1]凌生强, 廖柏林, 丁亮,等. 基于Matlab的FIR带通滤波器设计及DSP实现[J]. 现代电子技术, 2012, 35(9):4.

博主简介：擅长智能优化算法、神经网络预测、信号处理、元胞自动机、图像处理、路径规划、无人机等多种领域的Matlab仿真，相关matlab代码问题可私信交流。

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