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基于Matlab的对语音信号采集处理及滤波器的设.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.28M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    1 课程设计实现
    1.1整体设计思路
    1.2 整体实现过程
    1.2.1 信号的采样
    1.2.2 语音信号的读取
    1.2.3 语音信号的频谱分析
    1.2.4 噪声信号的构建
    1.2.5 加入噪声的语音信号的频谱
    2 数字滤波器的设计
    2.1 滤波器的设计原理
    2.2 滤波器的性能指标
    在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常
    2.3 IIR数字滤波器设计
    2.4 FIR数字滤波器设计
    2.5 滤波器对信号滤波
    2.6 语音信号回放
    3 心得体会
    4 主要参考资料
    附录
    目录 摘要...................................................................................................................... 2 1 课程设计实现................................................................................................ 3 1.1 整体设计思路............................................................................................3 1.2 整体实现过程..........................................................................................3 1.2.1 信号的采样....................................................................................... 3 1.2.2 语音信号的读取............................................................................... 5 1.2.3 语音信号的频谱分析....................................................................... 6 1.2.4 噪声信号的构建............................................................................... 7 1.2.5 加入噪声的语音信号的频谱........................................................... 8 2 数字滤波器的设计........................................................................................ 9 2.1 滤波器的设计原理.................................................................................... 9 2.2 滤波器的性能指标................................................................................10 2.3 IIR 数字滤波器设计..............................................................................10 2.4 FIR 数字滤波器设计..............................................................................12 2.5 滤波器对信号滤波................................................................................. 13 2.6 语音信号回放......................................................................................... 17 3 心得体会...................................................................................................... 17 4 主要参考资料.............................................................................................. 18 附录.................................................................................................................... 20 1
    摘要 MATLAB 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计 算机应用软件 ,它可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据 ,如数字滤波 、傅里 叶变换 、时域和频域分析 、声音回放以及各种图的呈现等 , 信号处理是 MATLAB 重要应用的领域之一 。 本课程设计介绍了基于 Matlab 的对语音信号采集、处理 及滤波器的设计，并使之实现的过程。理解与掌握课程中的基 本概念、基本原理、基本分析方法，用 Matlab 进行数字语音信 号处理，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。综合运 用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论 推导得出相应结论，并利用 MATLAB 作为工具进行实现，从而复 习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力， 并从实践上初步实现对数字信号的处理。 关键词： MATLAB 工具 信号语音采集 滤波器 2
    1 课程设计实现 1.1 整体设计思路 Matlab 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软 件 ,它可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵 运算能力处理数据 ,如数字滤波 、傅里叶变换 、时域和频域分析 、声音 回放以及各种图的呈现等 , 信号处理是 Matlab 重要应用的领域之一 。 本文是用 Matlab对含噪的的语音信号同时在时域和频域进行滤波处理和 分析。整个设计思路的设计原理示意图如图 1 所示： 1.2 整体实现过程 1.2.1 信号的采样 采 样 器 的 作 用 是 把 连 续 信 号 变 为 脉 冲 或 数 字 序 列 。 图 中 示 出 了 一 个 连 续 信 号 f ( t ) 经 采 样 器 采 样 后 变 为 离 散 信 号 的 过 程 3
    图 2 连 续 信 号 f ( t ) 经 采 样 器 采 样 后 变 为 离 散 信 号 图 中 f ( t ) 为 被 采 样 的 连 续 信 号 ， S （ t ） 为 周 期 性 窄 脉 冲 信 号 ， f s ( t ) 为 采 样 后 的 离 散 信 号 ， 它 用 下 式 来 表 征 ： f s ( t ) = f ( t ) s ( t ) 采 样 信 号 的 频 率 特 性 为 ： 如 果 ｜ F* ( jω) ｜ 中 各 个 波 形 不 重 复 搭 接 ，相 互 间 有 一 定 的 距 离 ( 频 率 ) 即 若 即 采 样 定 理 可 叙 述 如 下 ：如 果 采 样 周 期 满 足 下 列 条 件 ， 即 ： 式 中 ω m a x 为 连 续 信 号 f(t) 的 最 高 次 谐 波 的 角 频 率 。 则 采 样 信 号 f* ( t ) 就 可 以 无 失 真 地 再 恢 复 为 原 连 续 信 号 f(t) 。需 要 指 出 的 是 ， 采 样 定 理 只 是 在 理 论 上 给 出 了 信 号 准 确 复 现 的 条 件 。 我们可以利用windows自带的录音机录制语音文件，进行数字信号的采 集。（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000KH z，8位，单声道）或其他软件，将话筒输入计算机的语音输入插口上, 4
    启动录音机，录制一段自己的话音。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 数的使用进一步理解采样频率、采样位数等概念。图2是基于PC机的语音信 号采集过程: 声音 麦克风 声卡 滤波 采样 A/D 转换 Wav Windows 自带录音机 图3 语音采集过程 1.2.2 语音信号的读取 在 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。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 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“zx.wav”进行采样其程序如下： [y,fs,nbits]=wavread('zx.wav') 5
    结果如下： 可知该语音信号的采样频率fs = 8000Hz ,数据位nbits = 16Bit。 1.2.3 语音信号的频谱分析 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 中可以利用函数 fft 对信号行快速傅里叶变换,得到信号的频谱 特性，从而加深对频谱特性的理解。 其程序如下： [y,fs,nbits]=wavread ('yuyin.wav '); % 把 语 音 信 号 进 行 加 载 入 Matlab 仿真软件平台中 sound(y,fs,nbits); %回放语音信号 n = length (y) ; %求出语音信号的长度 Y=fft(y,n); %快速傅里叶变换 6
    subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信号波形'); subplot(2,1,2);plot(abs(Y));title('原始信号频谱') 程序结果如下图 3： 图 4 语音信号的频谱 1.2.4 噪声信号的构建 利用 MATLAB 中的随机函数(randn)产生噪声加入到语音信号中，模 仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析。程序如下： N=length(y); %求出语音信号的长度 noise=rand(N,2)/20; %噪声信号的函数 z=fft(noise); %快速傅里叶变换 subplot(2 ,1 ,1),plot(noise);title('噪声信号波形'); subplot(2 ,1 ,2),plot(abs(z));title('噪声信号频谱'); 7
    axis([0,250000,0,100]); 图 5 噪声信号的频谱 1.2.5 加入噪声的语音信号的频谱 matlab 程序如下： y=wavread(' yuyin.wav'); N=length(y); noise=rand(N,2)/20; s=y+noise; %噪声信号的叠加 Subplot(2,1,1); plot(s);title ('滤波前的时域波形'); S=fft(s); Subplot(2,1,2); plot(abs(S));title ('滤波前的频域波形'); axis([0,45000,0,200]); 8
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