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语音信号处理与滤波（数字信号处理）.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.33M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    一、课程设计目的
    二、课程设计基本要求及分组
    1、对知识点的掌握要求：
    （1）熟悉离散信号和系统的时域特性。
    三、详细设计过程
    《数字信号处理》 课程设计报告 题 目： 语音信号处理与滤波 专 业： 信息与计算科学 学 号： 0709302-27 姓 名： 张 凤 指导教师： 胡 振 华 成 绩： 二〇一〇 年 一 月 八 日
    一、课程设计目的 综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推 导得出相应结论，再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对 所学知识的理解。 二、课程设计基本要求及分组 1、对知识点的掌握要求： （1）熟悉离散信号和系统的时域特性。 （2）掌握序列快速傅里叶变换 FFT 方法。 （3）学会 MATLAB 的使用，掌握 MATLAB 的程序设计方法。 （4）利用 MATLAB 对语音信号进行频谱分析。 （5）掌握 MATLAB 设计 FIR 和 IIR 数字滤波器的方法。 2、分组情况： 组长：张凤 组员：张凤、张志广、李云、黄生涯、曾胜、沈呈洁 分工情况： 张凤：设计全过程的监督及协助、部分源程序代码的编写和整个源程序代码的整 理。 张志广：语音信号的录制以及对语音信号的采样，FIR 低通滤波器的设计。 李云：FIR 高通滤波器、FIR 带通滤波器的设计以及用此两种滤波器对语音信号 进行滤波。 黄生涯：IIR 低通滤波器、IIR 高通滤波器的设计。 曾胜：IIR 带通滤波器的设计和用此滤波器对语音信号进行滤波。 沈呈洁：系统界面设置和用 FIR 低通滤波器对语音信号进行滤波。 三、详细设计过程 1、问题描述：录制一段自己的语音信号，取不同的数据点对语音信号进行频谱 分析；对所有数据进行插值和抽取处理，改变抽样率再对信号进行频谱分析；设 计 FIR 和 IIR 数字滤波器，并对被抽样后的语音信号进行滤波，分析滤波后信号 的时域和频域特征，回放语音信号。 2、详细操作步骤和部分运行结果 （1）采集语音信号：
    利用 Windows 下的录音机，录制一段自己的话音，时间控制在 1s 左右；然后在 MATLAB 软件平台下，利用函数 wavread 对语音信号进行采样，记住采样频率 和采样点数。通过使用 wavread 函数，理解采样频率、采样位数等概念。 wavread 函数调用格式如下： y=wavread(file)，读取 file 所规定的 wav 文件，返回采样值放在向量 y 中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量 y 中，fs 表示采样频率(Hz)， nbits 表示采样位数。 y=wavread(file,N)，读取前 N 点的采样值放在向量 y 中。 y=wavread(file,[N1，N2])，读取从 N1 点到 N2 点的采样值放在向量 y 中。 采集语音的程序代码： [x1,fs,nbits]=wavread(‘e:\yy.wav’); sound(x1,fs,bits); y=fft(x1,1024); subplot(2,1,1); plot(x1); title(‘原始采样后时域信号’); 原始语音采样后的的时域信号波形图： （2）对语音信号进行频谱分析： 在 MATLAB 中，利用函数 fft 对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特
    性。首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。 程序代码： [x1,fs,bits]=wavread(‘D:\yy.wav’); y1=fft(x1,1024); f=fs*(0:511)/1024; figure(1) subplot(2,1,1); plot(f,abs(1:512))); title(’原始语音信号频谱’); xlabel('频率/Hz'); ylabel('幅值'); subplot(2,1,2); plot(abs(y1(1:1024))); title(‘原始语音信号 FFT 频谱’); xlabel('点数 N'); ylabel('幅值'); 原始语音信号的频率响应图： 原始语音信号频谱和 FFT 转换后的频谱图
    （3）设计数字滤波器和画出频率响应： 根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标： 1 低通滤波器性能指标：fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=100dB，Ap=1dB； 2 高通滤波器性能指标：fc=4800Hz，fp=5000Hz，As=100dB，Ap=1dB； 3 带 通 滤 波 器 性 能 指 标 ： fp1=1200Hz ， fp2=3000Hz ， fc1=1000Hz ， fc2=3200Hz，As=100dB，Ap=1dB。 首先用窗函数法（矩形窗(Rectangular window)、三角窗(Triangular window)、汉 宁 窗 (Hanning window) 、 海 明 窗 (Hamming window) 、 布 拉 克 曼 窗 (Blackman window)、切比雪夫窗(Chebyshev window)、巴特里特窗(Bartlett window)及凯塞 窗(Kaiser window)。）设计上面要求的三种滤波器。在 MATLAB 中，利用函数 fir1 设计 FIR 滤波器；然后再用双线性变换法设计上面要求的三种滤波器，利用函数 butte、cheby1 和 ellip 设计 IIR 滤波器；最后，利用 MATLAB 中的函数 freqz 画 出各种滤波器的频率响应。 （4）低通滤波器的设计过程 用窗函数法设计低通滤波器： 程序代码： fp=1000; fc=1200; As=100; Ap=1; fs=22050; wc=2*fc/fs; wp=2*fp/fs;
    N=ceil（(As-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1; beta=0.1102*(As-8.7); Win=Kaiser(N+1,beta); b=fir1(N,wc,Win); freqz(b,1,512,fs); 运行结果如下图： 用双线性变换法设计的低通滤波器: 程序代码： fp=1000; fc=1200; As=100; Ap=1; fs=22050; wc=2*fc/fs; wp=2*fp/fs; [n,wn]=ellipord(wp,wc,Ap,As); [b,a]=ellip(n,Ap,As,wn); freqz(b,a,512,fs); 程序运行结果如下图：
    （5）高通滤波器的设计过程 程序代码： fp=5000; fc=4800; As=100; Ap=1; fs=22050; wc=2*fc/fs; wp=2*fp/fs; [n,wn]=ellipord(wp,wc,Ap,As); [b,a]=ellip(n,Ap,As,wn); freqz(b,a,512,fs); 程序运行结果如下图：
    （6）带通滤波器的设计全过程 程序代码: fp1=1200;fp2=3000; fc1=1000; fc2=3200;As=100; Ap=1; fs=22050; wc=[2*fc1/fs,2*fc2/fs]; wp=[2*fp1/fs,2*fp2/fs]; [n,wn]=ellipord(wp,wc,Ap,As); [b,a]=ellip(n,Ap,As,wn); freqz(b,a,512,fs); 程序运行结果：
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