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하니 내
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1 디지털신호처리 : 설계과제 - 노이즈제거필터설계 조태형 ( ), 천성용 ( ), 천호영 ( ), 최병열 ( ) 영남대학교전자공학과 Digital Signal Processor : Design Project - Band Pass Filter Tae-Hyoung Cho, Sung-Young Chun, Ho-Young Chun, Byung-Yul Choi Yeungnam Univ. 요약 samp1.wav 파일의음성신호에단음노이즈가들어있다. 이노이즈를제거하고음성신호만을재생할수있도록 알맞은필터를설계한다. 1. 서론원하는필터의사양이정해진경우에, 그사양을만족하는차분방정식의계수를구하는것을필터설계라고한다. 그리고설계된차분방정식을덧셈기, 곱셈기, 지연소자를사용하여구현한것을필터구조라고부른다. 하나의차분방정식또는전달함수에대하여여러개의필터구조를만들수가있다. 이렇게다양한필터구조를구현하는까닭은필터구조마다유한정세도특성 (Finite Precision Characteristics) 이다르고구현비용이다르기때문이다. 필터를설계하기위해서는어떤필터를설계하여야하는지를먼저결정하여야한다. 필터의형태를구분하는방법으로서진폭응답에의한분류방법을사용한다. 즉주파수선택특성에따라저역통과필터 (LPF), 고역통과필터 (HPF), 대역통과필터 (BPF) 그리고대역저지필터 (BSF) 등으로구분한다. 필터의선택다음다음단계는샘플링주파수를결정하는것이다. 샘플링주파수는주파수응답의기준이되는주파수이며, 필터링을해야할디지털신호가어떤샘플링주파수로디지털신호를만들어졌는지에대한정보이다. 음성신호가 8Khz 의샘플링주파수로디지털신호가된경우에, 이8Khz 의주파수는주파수응답축에서 2 에해당하는기준점이된다. 다음은필터의진폭응답을결정하는단계이다. 진폭응답사양은샘플링주파수 ( ), 통과대역주파수 ( ), 통과대역리플크기 ( ), 저지대역주파수 ( ), 저지대역리플크기 ( ) 가있다. 또한선형스케일의응답은다음과같은수식으로로그스케일로변형시킨다. 로그진폭응답 - 1 -

2. 특징추출 다운로드한 samp1.wav 파일을재생시켰을때삐 - 하는단음의노이즈가포함되어있다. 이노이즈가단음인것으로보아노이즈는 혹은 성분이포함돼있을것이다. FIR 또는 IIR 등의필터를선택, 설계하여음성신호에서단음을제거시킨 wav 파일을만든다. 2-1. 문제와 samp1.wav 파일을듣고추측할수있었던것. a) 고주파수에잡음이있다. b) samp1.

2 2. 특징추출 다운로드한 samp1.wav 파일을재생시켰을때삐 - 하는단음의노이즈가포함되어있다. 이노이즈가단음인것으로보아노이즈는 혹은 성분이포함돼있을것이다. FIR 또는 IIR 등의필터를선택, 설계하여음성신호에서단음을제거시킨 wav 파일을만든다 문제와 samp1.wav 파일을듣고추측할수있었던것. a) 고주파수에잡음이있다. b) samp1.wav 파일을재생시켰을때삐 - 하는단음이들리는걸로보아잡음은 혹은 성분이포함돼있을것이다. c) 만약잡음이 혹은 성분이라면 magnitude 스펙트럼에 Impulse 모양의주파수가보일것이다. 3. 실험방법및결과분석 3-1. samp1.wav 의 Frequency-Domain 에서의스펙트럼 matlab 을이용하여 samp1.wav 파일의주파수도메인스펙트럼을그려보았다. a) samp1.wav 의 포인트로 FFT 를수행. 사람의가청주파수가 20 Hz ~22 khz이므로 Nyquist sampling rate 에의해 44.1 khz가요구되고, 데이터의계수보다작지만사람의가청주파수랑같은주파수기때문에 포인트로 FFT 를수행함. b) ±4 khz, ±10 khz, ±15 khz, ±20 khz에서잡음으로추측되는 Impulse 모양의주파수발생확인 필터종류결정음성신호이므로 FIR 필터로결정. 음성신호는 Causal 하기때문에 FIR필터의 Linear Phase 특성이필요하다. F IR 필터의장 / 단점 1. F IR 필터는 IIR 필터에비해구조가간단하다. 2. F IR 필터는항상안정성이보장된다. 3. F IR 필터의위상은선형이라위상왜곡에강하다. 4. F IR 필터의필터계수가 IIR 필터를사용했을경우보다더많이필요하게된다

a) ±4 khz pass 필터 ±4 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들림.

3 3-3. BandStop Filter 를통과시켜 ±4 khz, ±10 khz, ±15 khz, ±20 khz에잡음이있는지확인 잡음의유무확인을위해 Band Pass Filter 를통과시켜추측했던주파수에잡음이있는지확인. a) ±4 khz pass 필터 ±4 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들림. b) ±10 khz pass 필터 c) ±15 khz pass 필터 ±10 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들림. ±15 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들림

d) ±20 khz pass 필터 ±20 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들리지않음. 잡음이들리지않으므로필터하지않기로함. 3-4 필터의사양결정 a) 제거하려고하는잡음이 3 군대에걸쳐서분포하기때문에 Band Pass 필터로결정. b) stop band : ±0.1814, ±0.4535, ±0.

4 d) ±20 khz pass 필터 ±20 khz pass 필터를통과시킨후파일을재생시켰을때잡음이들리지않음. 잡음이들리지않으므로필터하지않기로함. 3-4 필터의사양결정 a) 제거하려고하는잡음이 3 군대에걸쳐서분포하기때문에 Band Pass 필터로결정. b) stop band : ±0.1814, ±0.4535, ± c) pass band : transition band 가너무짧으면 Order 가증가하고너무길면많은대역의주파수까지필터링되기때문에잡음이있는대역의 4%(±0.04π) 의크기를뺀부분을 Pass band 로설정. Pass band Transition band Stop band Transition band Pass band Transition band Stop band Transition band 0~ ~ ~ ~ ~ ~ Pass b an d Transition band Sto p b and Transition band Pass b and ~ ~ ~ ~ d) Order : 88 위에서결정한 stop band, pass band 의적당한범위를만족하기위해서 order 를 88 로결정. e) passband ripple : [ db ] Order 가 88 일때 ripple 이약간생김. f) stopband attenuation : [ db ] 높은 Order 와좁은 stop band 로인해서 attenuation 은보이지않음. g) 창의종류 : Hamming Window 사용 Hamming Window 는연산이간단하여빠르게수행할수있으며, 필터의성능도좋다. Matlab 에서는 Hamming window 가 Default window 로사용되고있다

5 3-5 설계된필터 Unit Circle 과 Zero & Pole FIR 필터의특징처럼 Pole 이 0 점에모두모여있고, Zero 가배치되어있다. Band Pass Filter 기때문에 Zero 의배치가다소복잡하다. Filter 의주파수응답을 log Scale 에서표현. Pass Band 와 Stop Band 의차이가많이남을알수있다

6 필터의주파수응답의스펙트럼 : Linear Phase 함을알수있다. 필터의 Impulse Response - 6 -

7 3-6. 필터링결과 참고문헌 Signals and Systems, 2/e - Simon Haykin, Barry Can Veen, John Wiley&Sons,Inc. DSP 이론과실무 - 장영범저, 생능출판사디지털신호와시스템실험 1 (MATLAB 기반 ) - 나상신, 브레인코리아 (Brain KOREA). Introduction to MATLAB 7 For Engineers - Willian J. PALM III, McGrawHill. 디지털신호처리및필터설계 - 정슬저, 도서출판아진 - 7 -

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PowerPoint 프레젠테이션 Chapter 6 필터링 학습목표 이번장에서다루게되는내용은다음과같습니다. 이번장의학습목표 1) 필터의종류에대해이해한다. 2) FIR과 IIR 필터의특성에대해이해한다. 3) FIR 필터설계에대해이해한다. 4) IIR 필터설계에대해이해한다. 5) Matlab을이용한예제를통해 Chebyshev 필터를이해한다. 6) Matlab을이용한예제를통해창함수를이용한필터링에대해이해한다.