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数字语音处理 第3章-窗函数(补充)
窗函数可以加在时域,也可以加在频域上,但 在时域上加窗更为普遍。
实际应用的窗函数,可分为以下主要类型:
a) 幂窗 采用时间变量某种幂次的函数,如矩形、三角形、梯形或其 它时间的高次幂;
b) 三角函数窗 应用三角函数,即正弦或余弦函数等组合成复合函数,例如 汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等;
c) 指数窗 采用指数形式时间函数,例如高斯窗等。
海明窗与汉宁窗都是余弦窗,只是加权系数不同。 海明窗加权的系数能使旁瓣达到更小。
分析表明,海明窗的第一旁瓣衰减为-42dB。 海明窗的频谱也是由3个矩形时窗的频谱合成,但其 旁瓣衰减速度比汉宁窗衰减速度慢。
5) 布莱克曼窗
w(k) 0.42 0.5cos2π k 1 0.08cos4π k 1
汉宁窗主瓣加宽并降低,旁瓣则显著减小,从 减小泄漏观点出发,汉宁窗优于矩形窗.但汉宁窗 主瓣加宽,相当于分析带宽加宽,频率分辨力下降。
4) 海明(Hamming)窗
w(k) 0.54 0.46cos 2π k k 1,2,, N N 1
图4 海明窗及其频谱特性
海明窗也是余弦窗的一种,又称改进的升余弦窗。
1) 矩形窗
时域形式
1, w(n) RN (n) 0,
0 n N 1
其他
图1 矩形窗及其频谱特性
矩形窗属于时间变量的零次幂窗。
矩形窗的优点是主瓣比较集中,缺点是旁瓣较 高,并有负旁瓣,导致变换中带进了高频干扰和泄 漏,甚至出现负谱现象。
2) 三角窗
w(n)Βιβλιοθήκη 1 N(1k N
),
k 0,...N 1
N 1
N 1
k
1,2,, N
图4 布莱克曼窗及其频谱特性
布莱克曼窗函数的最大旁瓣值比主瓣值低 57dB,但是主瓣宽度是矩形窗函数的主瓣宽度 的3倍。
窗函数的选择原则
一、主瓣应尽量窄,能量尽可能集中在主瓣内,从 而在谱分析时获得较高的频率分辨力,在数字滤波 器设计中获得较小的过渡带;
二、尽量减少窗谱最大旁瓣的相对幅度,也就是使 能量尽量集中于主瓣,这样可使肩峰和波纹减小, 增大阻带的衰减。
窗函数
❖ 为什么要使用窗函数 ❖ 常用窗函数的类型 ❖ 各类窗函数的波形及频率特性 ❖ 选择窗函数的原则
在实际进行数字信号处理时,往往需要把信号 的观察时间限制在一定的时间间隔内,只需要选择 一段时间信号对其进行分析。这样,取用有限个数 据,即将信号数据截断的过程,就等于将信号进行 加窗函数操作 。
0,
其他
三角窗,是幂窗 的一次方形式。与矩 形窗比较,主瓣宽约 等于矩形窗的两倍, 但旁瓣小,而且无负 旁瓣。
图2 三角窗及其频谱特性
3) 汉宁(Hanning)窗
w(k
)
0.51
cos
2π
k N
1
k 1,2,, N
图3 汉宁窗及其频谱特性
汉宁窗又称升余弦窗,汉宁窗可以看作是3个矩 形时间窗的频谱之和。