数字信号处理基于MATLAB 的语音处理系统设计.doc-资料库

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淮阴工学院数字信号处理课程设计报告题目：基于 MATLAB 的语音处理系统设计系（院）: 计算机工程学院专班学姓业：级：号：名：计算机（嵌入式系统设计）计算机 107* 10713061** **** 指导教师： *********** 学年学期: 2009 ~ 2010 学年第 1 学期 2009 年 12 月 25 日

课题名称设计目的实验环境任务要求设计任务书基于 MATLAB 的语音处理系统设计 1. 巩固所学的数字信号处理理论知识，理解信号的采集、处理、传输、显示和存储过程； 2. 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力； 3. 学习资料的收集与整理，学会撰写课程设计报告。 1. 微型电子计算机（PC）； 2. 安装 Windows 2000 以上操作系统，MATLAB 等开发工具。 1. 录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后设计一个信号处理系统界面。 2. 利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及设计要求，注意材料收集与整理； 3. 在第 15 周末之前完成预设计，并请指导教师审查，通过后方可进行下一步工作； 4. 结束后，及时提交设计报告（含纸质稿、电子稿），要求格式规范、内容完整、结论正确，正文字数不少于 3000 字（不含代码）。工作进度计划序号起止日期工作内容 1 2 3 4 2009.12.21~2009.12.21 在预设计的基础上，进一步查阅资料，完善设计方案。 2009.12.21~2009.12.24 设计总体方案，构建、绘制流程框图，编写代码，上机调试。 2009.12.24~2009.12.24 测试程序，完善功能，撰写设计报告。 2009.12.25 参加答辩，根据教师反馈意见，修改、完善设计报告。指导教师（签章）：年月日

摘要根据目前数字信号处理实验课程教学的现状，利用 Matlab（工程设计软件）设计数字信号处理课程设计，并且给出了具体的软件实施方案。Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。特别是 Matlab 还具有信号分析工具箱,不需具备很强的编程能力,就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。此次设计利用 Matlab 对录制的信号进行采样后；并画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；然后分别用窗函数法和双线性法设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后利用 GUI 设计一个信号处理系统界面。关键字 Matlab 采样频谱窗函数语音

目录 1. 数字信号课程的特点及设计目的 .................................... 1 2. 基于 Matlab 的课程设计 ........................................... 1 3.详细设计 ......................................................... 2 3.1．语音信号的采集 ............................................. 2 3.2．语音信号的时频分析 ......................................... 2 3.3. 设计 FIR 和 IIR 数字滤波器 ................................... 3 3.4. 用滤波器对语音信号进行滤波 ................................. 9 4.信号处理代码编写 ................................................ 10 5.运行与测试 ...................................................... 16 总结 .............................................................. 21 致谢 ............................................................. 222 参考文献 ......................................................... 233

数字信号处理课程设计 1．数字信号课程的特点及设计目的《数字信号处理》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，他的理论性和实践性都很强，他的特点是： (1)要求的数学知识多，包括高等代数、数值分析、概率统计、随机过程等。 (2)要求掌握的基础知识强，网络理论、信号与系统是本课程的理论基础。 (3)与其他学科密切相关，即与通信理论、计算机、微电子技术不可分，又是人工智能、模式识别、神经网络等新兴学科的理论基础之一。在学习这门课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。因此，理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及综合应用所学知识解决实际问题的能力，是本次课程设计中所要解决的关键问题。学习巩固所学的知识，加强理论和实际结合的能力，培养综合设计能力与实际工作能力。 Matlab 语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言， Matlab 功能强大、简单易学、编程效率高，深受广大科技工作者的欢迎。特别是 Matlab 还具有信号分析工具箱，不需具备很强的编程能力，就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。因此，选择用 Matlab 进行课程设计。在学习这门课程时，普遍感到数字信号处理的概念抽象，对其中的分析方法与基本理论不能很好地理解与掌握。为了巩固所学的数字信号处理理论知识，对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解，我们应该注意如下能力的培养：1、独立工作能力和创造力；2、综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；3、查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；4、编写技术报告和编制技术资料的能力。 2.基于 Matlab 的课程设计巩固所学的数字信号处理理论知识，对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解，录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；分析采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计滤波器，并分析滤波器的频率响应；利用 MATLAB 1

数字信号处理课程设计对语音信号进行 8000 点及 16000 点采样分析；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，分析滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后，设计一个信号处理系统界面。 3.详细设计 3.1. 语音信号的采集要求利用 Windows 下的录音机，录制一段自己的话音，时间在 1 s 内。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 wavread 函数的使用，理解采样频率、采样位数等概念。将话筒输入计算机的语音输入插口上,启动录音机。按下录音按钮,接着对话筒说话 “数字信号处理”,说完后停止录音,屏幕左侧将显示所录声音的长度。点击放音按钮,可以实现所录音的重现。以文件名“2”保存入 D :\ MATLAB \ work 中。可以看到,文件存储器的后缀默认为. wav ,这是 windows 操作系统规定的声音文件存的标准。 3.2. 语音信号的时频分析 Matlab软件平台下，利用wavread函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数，Wavread 函数调用格式 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,bits]=wavread(file) %采样值放在向量 y 中，fs 表示采样频率（hz），bits 表示采样位数。 y=wavread（file，N）%读取钱 N 点的采样值放在向量 y 中。 y=wavread（file，[N1,N2]）%读取从 N1 到 N2 点的采样值放在向量 y 中。对语音信号 speech.wav 进行采样其程序如下： [y,fs,nbits]=wavered ('D:/2.wav'); %把语音信号进行加载入 Matlab 仿真软件平台中 fs =8000；bits =32 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。在 matlab 中利用 fft 对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。 2

数字信号处理课程设计其程序如下： [y,fs,bits]=wavread ('d:/2.wav'); sound(y,fs,nbits); %回放语音信号 n = length (y) ; Y=fft(y,n); %求出语音信号的长度 %傅里叶变换 3.3. 设计 FIR 和 IIR 数字滤波器根据语音信号的特点给出有关滤波器的新能指标： 1.通滤波器的性能指标 fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=50db ,Ap=1dB 2.高通滤波器的性能指标 fp=3500Hz，fc=4000Hz，As=50dB，Ap=1dB； 3.带通滤波器的性能指标 fp1=1200Hz，fp2=3000hZ，fc1=1000Hz，fc2=3200Hz， As=50dB，Ap=1dB 在 Matlab 中，可以利用函数 fir1 设计 FIR 滤波器，利用函数 butter,cheby1 和 ellip 设计 IIR 滤波器，利用 Matlab 中的函数 freqz 画出各步步器的频率响应。分析如下：函数 fir1 默认的设计滤波器的方法为窗函数法，其中可选的窗函数有 Rectangular Barlrtt Hamming Hann Blackman 窗，其相应的都有实现函数。函数 butter,cheby1 和 ellip 设计 IIR 滤波器时都是默认的双线性变换法，所以在设计滤波器时只需要代入相应的实现函数即可。 1.IIR 低通 Ft=8000; Fp=1000; Fs=1200; wp=2*pi*Fp/Ft; ws=2*pi*Fs/Ft; fp=2*Ft*tan(wp/2); fs=2*Fs*tan(wp/2); 3

数字信号处理课程设计 %求 S 域的频率响应的参数 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,'s'); %求低通滤波器的阶数和截止频率 [b11,a11]=butter(n11,wn11,'s'); [num11,den11]=bilinear(b11,a11,0.5); [h,w]=freqz(num11,den11); %根据参数求出频率响应 plot(w*8000*0.5/pi,abs(h)); legend('用 butter 设计'); grid 程序结果如下图：图 2-1 IIR 低通滤波器 2.IIR 带通： Fp1=1200; Fp2=3000; Fs1=1000; Fs2=3200; Ft=8000; wp1=tan(pi*Fp1/Ft); wp2=tan(pi*Fp2/Ft); ws1=tan(pi*Fs1/Ft); ws2=tan(pi*Fs2/Ft); w=wp1*wp2/ws2; 4

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