过滤掉超出需要的过滤器

信息处理 过滤器 傅里叶变换 z变换 拉普拉斯变换 零极点
2022-02-06 23:17:49

我目前正在编写学校作业。我对某人的讲话进行了 1.5 秒的录音,其中混入了 4 个流氓余弦。采样率为 16000Hz,我将录音分为 1024 个样本的帧,其中 512 个样本重叠。

我选择了一个没有混入语音的帧,这样流氓余弦就不会受到说话者声音的影响。

这是离散傅立叶变换幅度的结果图(现在不需要相位部分):

在此处输入图像描述

在 0 到 8000Hz 的范围内,频率箱的大小为 16000/1024=15.625Hz,我能够确定这些频率。大约是 875、1750、2625、3500,每个单位为 Hz。

我的第一个问题是:垂直轴在 DFT 上代表什么?是的,它是量级,但它的真正含义是什么?这是否意味着频率为 875 Hz 的余弦波的幅度为 30?还是因为也有负频率,所以它是 60?

我们的下一个目标是过滤掉这些。好的,所以我构建了一个在这些频率处为零的滤波器(以及它们的负频率的共轭对)。这是它的传递函数的样子:

零的系数是:

1,4.847,12.176,20.048,23.521,20.048,12.176,4.847,1

奇异极点的系数为:

1

我认为这会破坏这四个频率,但是它破坏了高达约 12000Hz 的所有频率。

这是频率响应图:

在此处输入图像描述

总结一下,有两点我不明白:

DFT 中纵轴的含义及其与我要查找的余弦幅度的关系。

为什么过滤器几乎过滤掉了我信号中的所有内容。

2个回答
  1. DFT系数的含义直接由IDFT的定义给出: 表示时间序列可以用复数正弦分量的加权和来表示,权重为 DFT 系数。这并不意味着由这些频率分量组成。例如,一个非理性频率的正弦波的 DFT,无论你取多少个样本 DFT,系数总是有两个峰值(由于共轭对称性),但其他频率保持非零,但我们知道它是单频信号!

    x(n)=1Nk=0N1X(k)ej2πkn/N
    x(n)ej2πkn/Nx(n)

  2. 您不能通过在目标频率处放置一些零来设计陷波滤波器。陷波滤波器去除了不需要的频率分量,但在其他频率上保持相对平坦的响应。要实现这一点,您需要一些极点。双二阶陷波滤波器的传递函数为 其中是归一化频率,是常数,控制陷波滤波器的带宽。时,带宽变得更窄,但它受到量化误差的影响更大。

    H(z)=K(zejω0)(zejω0)(zrejω0)(zrejω0)
    ω0K0r<1r1

查看 875 Hz 频谱分量,其 DFT 幅度似乎为 30。对于实值信号,DFT 幅度“M”为 M = AN/2,其中 A 是信号中 875 Hz 正弦波的峰值幅度, N 是 DFT 大小。这告诉您信号中 875 Hz 正弦波的峰值幅度为 A = 2M/N = 2*30/1024 = 0.0586。就是这么简单。

ZR Han是正确的。您在 z 平面上的四个共轭零点仅创建了一个高通滤波器(如图所示)。您需要级联四个 ZR Han 的二阶“陷波”滤光片,其中每个陷波滤光片都以您不需要的光谱分量为中心。四个级联的二阶陷波滤波器将消除您的恶意正弦波,但问题是,“简单的二阶滤波器将如何使音频信号失真。我猜想保持音频信号的质量(保真度)需要一个比四个级联二阶滤波器更复杂的滤波器。