基于MATLAB的語音信號(hào)濾波處理和程序設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)說明書 題 目 基于MATLAB的語音信號(hào)濾波處理和程序設(shè)計(jì) 姓 名： 院 （系）： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 時(shí)間：2015年6月29日至 2015年7月3日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書題目 基于MATLAB的語音信號(hào)濾波處理和程序設(shè)計(jì) 專業(yè)、班級(jí) 學(xué)號(hào) 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等：主要內(nèi)容：要求學(xué)生利用Windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話音“大家好”。利用MATLAB對(duì)所錄制的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析；構(gòu)建一個(gè)干擾信號(hào)，把語音信號(hào)和干擾信號(hào)疊加，利用MATLAB對(duì)干擾后的語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，對(duì)干擾后的語音信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波

2、形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化?；疽螅?.掌握在 Windows 環(huán)境下語音信號(hào)錄制的方法。 2.掌握在MATLAB環(huán)境下語音信號(hào)的采集方法。3.設(shè)構(gòu)建的干擾信號(hào)為 4.掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法。 5.利用MATLAB設(shè)計(jì)濾波器對(duì)干擾的語音信號(hào)進(jìn)行濾波6.掌握 MATLAB 的程序設(shè)計(jì)方法。 主要參考資料：1 張文. 基于MATLAB的語音信號(hào)濾波設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.山西電子技術(shù).2008,2 完 成 期 限： 2015.6.292015.7.03 指導(dǎo)教師簽名： 課程負(fù)責(zé)人簽名： 2015年 6月 24日 摘 要 語音信號(hào)處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

3、和語音學(xué)知識(shí)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理的新興學(xué)科，是目前發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一，通過語音傳遞信息是人類最重要，最有效，最常用和最方便的交換信息手段，所以對(duì)其的研究更顯得尤為重要。 Matlab語言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，它可以將聲音文件變換成離散的數(shù)據(jù)文件，然后用起強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù)。本課程設(shè)計(jì)旨在熟悉在Windows環(huán)境下語音信號(hào)采集的方法，掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法，掌握MATLAB設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器的方法并且學(xué)會(huì)用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。 課題的制作過程中，首先對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采集和頻譜分析，然后再用低通濾波器進(jìn)行濾波處理，比較波形

4、的變化。Matlab語言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件,然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù),如數(shù)字濾波、傅里葉變換、時(shí)域和頻域分析等,信號(hào)處理是Matlab重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。本設(shè)計(jì)是用Matlab對(duì)含噪的的語音信號(hào)同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行濾波處理和分析。關(guān)鍵詞:語音信號(hào);濾波器;MATLAB目 錄1概述11.1課程設(shè)計(jì)背景及意義 11.2設(shè)計(jì)的目的11.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 12設(shè)計(jì)過程12.1原理分析及方法12.2語音信號(hào)的獲取22.3干擾信號(hào)的構(gòu)建22.4數(shù)字濾波器的選擇23 MATLAB程序及波形圖23.1原語音信號(hào)的時(shí)域、頻域分析程序及波形

5、圖23.2加噪聲信號(hào)時(shí)域和頻域分析程序級(jí)波形圖3 3.3對(duì)構(gòu)建的信號(hào)進(jìn)行濾波處理程序及波形圖 44總結(jié)與體會(huì)6參考文獻(xiàn)7 1概述 語言是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年人類文明史的根本手段，沒有語言就沒有今天的人類文明。語音是語言的聲學(xué)表現(xiàn)，是相互傳遞信息的重要的手段，是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。在人類已構(gòu)成的通信系統(tǒng)中，語音通信方式，早已成為主要的信息傳遞途徑之一，具有最方便和最快捷的特點(diǎn)。語言和語音也是人類進(jìn)行思維的一種依托，它與人的智力活動(dòng)密切相關(guān)，與文化和社會(huì)的進(jìn)步緊密相連，具有最大的信息容量和最高的智能水平。 1.1 課程設(shè)計(jì)背景及意義 語音信號(hào)處理是研

6、究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理的一門學(xué)科，它是一門新興的學(xué)科，同時(shí)又是綜合性的多學(xué)科領(lǐng)域和涉及面很廣的交叉學(xué)科。雖然從事這一領(lǐng)域研究的人員主要來自信號(hào)信息處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科，語音信號(hào)處理的一個(gè)重要的部分是頻譜分析。1.2設(shè)計(jì)的目的1、學(xué)會(huì)使用MATLAB，達(dá)到利用MATLAB解決信號(hào)處理領(lǐng)域各種問題的能力。2、鞏固學(xué)過的信號(hào)與系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、通信原理等各科知識(shí)。3、熟練在各門課中使用MATLAB。4、學(xué)會(huì)整理和總結(jié)設(shè)計(jì)文檔報(bào)告。1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 1首先錄制好一段自己的語音。 2用Matlab對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。3用Matlab將語音信號(hào)與干擾信號(hào)f=10sin（4000

7、t）疊加。4用Matlab對(duì)加噪聲信號(hào)進(jìn)行濾波處理。2設(shè)計(jì)過程2.1原理分析 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)語音信號(hào)時(shí)域和頻域分析，并在對(duì)語音信號(hào)加噪聲用濾波器進(jìn)行濾波處理，對(duì)語音信號(hào)加噪聲前后的頻譜進(jìn)行比較，對(duì)語音信號(hào)加噪聲前后的時(shí)域與頻域進(jìn)行分析比較。 首先用pc機(jī)在WINDOWS的錄音機(jī)錄制一段“大家好”，并用MATLAB仿真軟件對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，做出時(shí)域和頻域波形圖，利用正弦信號(hào)構(gòu)建一個(gè)噪聲信號(hào)疊加語音信號(hào)上在進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，然后在用濾波器進(jìn)行濾波處理比較前后時(shí)域和頻域波形圖的變化。2.2語音信號(hào)的獲取 利用pc機(jī)的錄音機(jī)錄制一段語音放在指定目錄（E:2015.wav）下，并用wavr

8、ead函數(shù)讀取文件并分析時(shí)域和頻域圖。2.3干擾信號(hào)的構(gòu)建 在Matlab中人為設(shè)計(jì)一固定頻率的噪聲干擾信號(hào)。噪聲信號(hào)通常為隨機(jī)信號(hào),為方便設(shè)計(jì),在本設(shè)計(jì)中用正弦信號(hào)f=10sin（4000t）代替。2.4數(shù)字濾波器的選擇 數(shù)字濾波器分為FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器兩種,可以用硬件和軟件來設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)主要有脈沖響應(yīng)不變法、雙線性變換法、窗口函數(shù)法。本設(shè)計(jì)是用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)的低通濾波器。低通濾波器參數(shù)：fp=1000Hz;Fs=1750Hz;As=80dB;Ap=0.5dB; 3 MATLAB程序及波形圖3.1原語音信號(hào)的時(shí)域、頻域分析程序及波形圖x1,Fs,bits=wavread(

9、'E:2015.wav');%sound(y,Fs,bits);y1=fft(x1,32768);figure(1)subplot(2,1,1) plot(x1); title('原始語音信號(hào)時(shí)域波形');xlabel('時(shí)間 n');ylabel('幅度'); axis(0 35000 -1.5 1.5) gridsubplot(2,1,2)plot(abs(y1); title('原始語音信號(hào)頻譜') xlabel('頻率Hz');axis(0 32768 0 450) grid時(shí)域和頻域波形圖

10、 3.2加噪聲信號(hào)時(shí)域和頻域分析程序級(jí)波形圖 x1,fs,bits=wavread('E:2015.wav'); n=size(x1)-1; t=0:1/fs:n/fs; s=10*sin(2*pi*2000*t)' x3=s+x1; sound(x3,fs,bits) f=0:fs/32768:fs/32768*32767; subplot(2,1,1) plot(x3) xlabel('時(shí)間t'); title('加正弦信號(hào)的語音信號(hào)時(shí)域波形') axis(0 32000 -15 15) grid on; y3=fft(x3,3276

11、8); subplot(2,1,2) grid on; plot(f,abs(y3); xlabel('頻率 Hz'); title('加正弦信號(hào)的語音信號(hào)的頻譜)') axis(0 9000 0 450) grid on; 時(shí)域和頻域圖3.3對(duì)構(gòu)建的信號(hào)進(jìn)行濾波處理程序及波形圖 x1,fs,bits=wavread('E:2015.wav');N=size(x1)-1;t=0:1/fs:N/fs;s=10*sin(2*pi*2000*t)'x3=s+x1;f=0:fs/32768:fs/32768*32767;y3=fft(x3,327

12、68);fp=1000;Fs=1750;As=80;Ap=0.5; wp=2*pi*fp/fs;ws=2*pi*Fs/fs; Bt=ws-wp; alph=0.5842*(As-21)0.4+0.07886*(As-21); M=ceil(As-8)/2.285/Bt); wc=(wp+ws)/2/pi; h=fir1(M,wc,kaiser(M+1,alph); z=fft(h); z=freqz(h,1,Fs); n3=fftfilt(h,x3); sound(n3,fs,bits); y13=fft(n3); figure(3); subplot(2,1,1); plot(n3); ti

13、tle('正弦干擾濾波后信號(hào)波形'); axis(0 35000 -1 1) grid subplot(2,1,2); plot(abs(y13); title('正弦干擾濾波后信號(hào)頻譜'); axis(0 35000 0 450)grid 濾波后的圖像如下：4總結(jié)與體會(huì) 以往都是通過課本來感性的認(rèn)知語音信號(hào)，通過本次的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)語音信號(hào)有了一個(gè)較為實(shí)際的認(rèn)識(shí)。于此同時(shí)，讓我再次把數(shù)字信號(hào)處理及數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法重新進(jìn)行了復(fù)習(xí)和學(xué)習(xí)。而對(duì)于Matlab，也再次讓我感受到了其功能的強(qiáng)大。最為重要的是，本次課程設(shè)計(jì)讓我重新審視了學(xué)習(xí)的過程：只去做實(shí)驗(yàn)是不行的，首先還是要思考，遇到了問題查書籍，網(wǎng)絡(luò)搜索也是一種手段，更加重要的是想在理解，只有這樣才能真正的做好本次任務(wù)。參考文獻(xiàn)1. 張文.基于MATLAB的語音信號(hào)的濾波域?qū)崿F(xiàn).山西電子技術(shù).2008.22. 陳后金.信號(hào)與系統(tǒng).高等教育出版社.2007.123.