基于Matlab的语音信号分析与处理说明书

摘要洗手语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，吃饭是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。洗手通过语音传递信息是人类最重要、BEEF最有效、BEEF最常用和最方便的交换信息形式。洗手洗手滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，吃饭FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。洗手MATLAB功能强大、BEEF简单易学、BEEF编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。洗手课题基于MATLAB有噪音语音信号处理与设计与实现，吃饭本人综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声清浊语音信号进行时域、BEEF频域分析和滤波。洗手通过理论推导得出相应结论，吃饭用MATLAB平台对语音信号加入了不同的噪声，吃饭进一步用双线性变换法设计了一个的巴特沃思低通IIR滤波器和用窗函数法设计了FIR低通滤波器，吃饭然后对加噪的语音信号进行滤波处理。洗手最后对比滤波前后的语音信号的时域和频域特性。洗手洗手关键字BEEF清浊语音信号采集；BEEF傅里叶变换；BEEF滤波器设计；BEEF信号处理洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手目录洗手洗手前言1洗手一语音信号特性介绍与采集2洗手11语音信号介绍2洗手12语音信号的采样理论依据2洗手13语音信号采集3洗手14采样分帧4洗手15短时分析技术5洗手16短时自相关函数5洗手17短时过零率5洗手18短时能量和短时平均幅度6洗手二系统总体设计8洗手21语音信号处理工具的选择8洗手22系统流程图8洗手23系统框架及实现9洗手三系统详细设计与结果分析10洗手31语音的录入与打开10洗手32时域信号的FFT分析与加噪后的波形比较10洗手33语音信号加噪与频谱分析11洗手34数字滤波器的设计13洗手35设计FIR滤波器15洗手36设计IIR滤波器15洗手37双线性变换法和窗函数法16洗手38进行滤波，吃饭比较滤波前后语音信号的波形及频谱18洗手总结20洗手参考文献21洗手附录22洗手致谢28洗手1前言洗手语音是语言的声学表现，吃饭是人类交流信息最自然、BEEF最有效、BEEF最方便的手段。洗手随着社会文化的进步和科学技术的发展，吃饭人类开始进入了信息化时代，吃饭用现代手段研究语音处理技术，吃饭使人们能更加有效地产生、BEEF传输、BEEF存储、BEEF和获取语音信息，吃饭这对于促进社会的发展具有十分重要的意义，吃饭因此，吃饭语音信号处理正越来越受到人们的关注和广泛的研究。洗手洗手语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，吃饭语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。洗手通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。洗手语言是人类特有的功能，吃饭它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，吃饭没有语言就没有今天的人类文明。洗手语音是语言的声学表现，吃饭是相互传递信息的最重要的手段，吃饭是人类最重要、BEEF最有效、BEEF最常用和最方便的交换信息的形式。洗手洗手在设计中要用到数字滤波器,它是数字信号处理中及其重要的一部分。洗手随着信息时代和数字技术的发展，吃饭受到人们越来越多的重视。洗手数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，吃饭所以数字滤波器处理精度高、BEEF稳定、BEEF体积小、BEEF重量轻、BEEF灵活不存在阻抗匹配问题，吃饭可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。洗手数字滤波器种类很多，吃饭根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，吃饭可分为两种，吃饭即有限冲激响应FIR，吃饭FINITEIMPULSERESPONSE滤波器和无限冲激响应IIR，吃饭INFINITEIMPULSERESPONSE滤波器。洗手洗手语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，吃饭它是一门新兴的学科，吃饭同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手一语音信号特性介绍与采集洗手11语音信号介绍洗手语音信号的基本组成单位是音素。洗手音素可分成“浊音”和“清音”两大类。洗手如果将不存在语音而只有背景噪声的情况称为“无声”。洗手那么音素可以分成“无声”、BEEF“浊音”、BEEF“清音”三类。洗手一个音节由元音和辅音构成。洗手元音在音节中占主要部分。洗手所有元音都是浊音。洗手在汉语普通话中，吃饭每个音节都是由“辅音一元音”构成的。洗手洗手在信号处理中，吃饭语音按其激励形式的不同可分为2类BEEF洗手1浊音洗手当气流通过声门时，吃饭如果声带的张力刚好使声带发生张弛振荡式的振荡，吃饭产生一股准周期的气流，吃饭这一气流激励声道就产生了浊音。洗手这种语音信号是1种激励信号，吃饭它是由规则的全程激励产生的，吃饭其时域波形具有准周期性，吃饭语音频率集中在比较低的频率范围内，吃饭短时能量较高，吃饭由于语音信号中的高频成分有高的过零率而低频有低的过零率，吃饭因此浊音的过零率低。洗手2通常，吃饭浊音信号可以由周期激励通过线性滤波器合成。洗手洗手2清音洗手当气流通过声门时，吃饭如果声带不振动，吃饭而在某处收缩，吃饭迫使气流高速通过这一收缩部分而产生湍流，吃饭就得到清音。洗手清音是由不规则的激励产生的，吃饭发清音时声带不振动，吃饭其时域波形不具有周期性，吃饭自相关函数没有很强的自相关周期峰，吃饭其语音频率集中在较高的范围内，吃饭短时能量较低，吃饭因而过零率较高。洗手通常，吃饭清音信号可由白噪声通过线性滤波器合成。洗手洗手12语音信号的采样理论依据洗手1采样频率洗手采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，吃饭是描述声音文件的音质、BEEF音调，吃饭衡量声卡、BEEF声音文件的质量标准。洗手采样频率越高，吃饭即采样的间隔时间越短，吃饭则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，吃饭对声音波形的表示也越精确。洗手采样频率与声音频率之间有一定的关系，吃饭根据奎斯特理论，吃饭只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，吃饭才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。洗手这就是说采样频率是衡量声卡采集、BEEF记录和还原声音文件的质量标准。洗手洗手2采样位数洗手采样位数即采样值或取样值，吃饭用来衡量声音波动变化的参数，吃饭是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。洗手采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，吃饭采样频率越高声音的还原就越真实越自然。洗手洗手采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，吃饭也是选择音频接口的两个重要标准。洗手无论采样频率如何，吃饭理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。洗手每增加一个采样位数相当于力度范围增加了6DB。洗手采样位数越多则捕捉到的信号越精确。洗手对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机，吃饭441KHZ意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其拍照达441000次。洗手显然采样率越高，吃饭计算机摄取的图片越多，吃饭对于原始音频的还原也越加精确。洗手洗手3采样定理洗手在进行模拟/数字信号的转换过程中，吃饭当采样频率FSMAX大于信号中，吃饭最高频率FMAX的2倍时，吃饭即BEEFFSMAX2FMAX,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，吃饭一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍；BEEF采样定理又称奈奎斯特定理。洗手洗手1924年奈奎斯特NYQUIST就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式洗手理想低通信道的最高大码元传输速率2WLOG2N其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度洗手13语音信号采集洗手该设计以本人的声音为分析样本。洗手在MATLAB中使用WAVREAD函数。洗手可得出声音的采样频率为22050HZ，吃饭且声音是单通道的。洗手利用SOUND函数，吃饭可清晰地听到读音为BEEF“电子信息工程”的音频信号。洗手采集数据FS为采样频率，吃饭X为采样数据，吃饭接下来对采样数据作傅里叶变换YFFTX并画出频谱图如图31所示洗手洗手图1原始语音信号波形及频谱图洗手由频谱图可清楚地看到样本声音主要以低频为主。洗手人的语音信号频率一般集中在200KHZ到45KHZ之间，吃饭从声音频谱的包络来看，吃饭样本声音的能量集中在01PI11025HZ以内，吃饭04PI以外的高频部分很少。洗手所以信号宽度近似取为11KHZ。洗手洗手14采样分帧洗手这里的采样是指从语音信号中选取一段样本,一般取样点数为帧长的整数倍。洗手每秒钟的采样样本数叫做采样频率，吃饭分帧主要完成将取样模块中获得的语音样值点分为若干个语音帧，吃饭语音是不平稳的时变信号,在时间足够短的情况下,可以近似认为是平稳的,短时分析将语音流分为一段一段来处理,每一段就被称为一帧。洗手分帧时需对语音信号进行加窗操作,即用一个有限长度的窗序列截取一段语音信号来进行分析，吃饭该窗函数可以按时间方向滑动,以便分析任一时刻附近的信号。洗手常见的窗函数有方窗、BEEFHAMMING窗及HANNIG窗。洗手如果把窗函数理解成为某个滤波器的单位冲激响应,由于窗函数一般是中间大两头小的光滑函数,因此该滤波器具有低通特性。洗手窗口长度的选择非常重要,窗长过短会使分析窗内没有包含足够的数据点来进行周期判断,且短时能量变化剧烈窗长过长,短时能量是一段长时间的平均,不但不能反映语音信号基频的细节变化部分,而且使得计算量增大，吃饭窗口长度至少要大于基音周期的两倍。洗手洗手15短时分析技术洗手语音信号具有时变特性，吃饭但在一个短时间范围内一般认为在1030MS的短时间内，吃饭其特性基本保持不变，吃饭即相对稳定，吃饭因而可以将其看作是一个准稳态过程，吃饭即语音信号具有短时平稳特性。洗手任何语音信号的分析和处理必须建立在“短时”的基础上。洗手即进行“短时分析”，吃饭将语音信号分段来分析其特征参数，吃饭其中每一段称为一“帧”，吃饭帧长一般取为1030MS。洗手这样，405010015020025000050101502信信信信信信信信信信信信信信信信信信05010015020025021012信信信信信信信信信信信信信信信信信信024681012X104050100150200250300350信信信信信信信信信信信信吃饭对于整体的语音信号来讲，吃饭分析出的是由每一帧特征参数组成的特征参数时间序列。洗手洗手16短时自相关函数洗手自相关函数用于衡量信号自身时间波形的相似性。洗手清音和浊音的发声机理不同，吃饭因而在波形上也存在着较大的差异。洗手浊音的时间波形呈现出一定的周期性，吃饭波形之间相似性较好；BEEF清音的时间波形呈现出随机噪声的特性，吃饭样点间的相似性较差。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手图2短时自相关函数洗手17短时过零率洗手过零率可以反映信号的频谱特性。洗手对于连续语音信号，吃饭可以考察其时域波形通过时间轴的情况。洗手对于离散时间信号，吃饭如果相邻两个样点的正负号相异时，吃饭我们称之为“过零”，吃饭即此时信号的时间波形穿过了零电平的横轴。洗手由此可以计算过零数，吃饭过零数就是样本改变符号的次数，吃饭统计单位时间内样点值改变符号的次数就可以得到平均过零率。洗手短时过零分析通常用在端点检测，吃饭特别是用来估计清音的起始位置和结束位置，吃饭如图3所示。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手图3短时过零率洗手18短时能量和短时平均幅度洗手5024681012X1040204060信信信信信信信信信信信信024681012X104001020304信信信信信信信信信信信信信信能量是语音的一个重要特性，吃饭由于语音信号的能量随时间变化，吃饭清音和浊音之间的能量差别相当显著，吃饭清音的能量较小，吃饭浊音的能量较大。洗手因此对语音的短时能量进行分析，吃饭可以描述语音的这种特征变化情况洗手由短时自相关函数波形分析可知BEEF清音接近于随机噪声，吃饭清音的短时自相关函数不具有周期性，吃饭也没有明显突起的峰值，吃饭且随着延时K的增大迅速减小；BEEF浊音是周期信号，吃饭浊音的短时自相关函数呈现明显的周期性，吃饭自相关函数的周期就是浊音信号的周期，吃饭根据这个性质可以判断一个语音信号是清音还是浊音，吃饭还可以判断浊音的基音周期。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手图4短时平均能量和短时平均幅度洗手由图4发现,语音浊音段的短时平均能量远远大于清音段的短时平均能量。洗手因此,短时平均能量EN的计算给出了区分清音段与浊音段的依据,即EN浊EN清。洗手根据EN由高到低的跳变可定出浊音变为清音语音的时刻,EN由低向高的跳变可定出清音变为浊音语音的时刻，吃饭而只有浊音才有基音周期,清音的基音周期为零。洗手故清浊音判断是基音检测的第一步。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手二系统总体设计洗手21语音信号处理工具的选择洗手语音信号的进一步处理分析工作选用了MATLAB平台。洗手MATLAB是一种科学计算软件，吃饭专门以矩阵的形式处理数据。洗手MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，吃饭并提供了大量的内置函数，吃饭不断完善MATLAB6产品以提高产品自身的竞争能力MATLAB的数据分析和处理功能十分强大，吃饭运用它来进行语音信号的分析、BEEF处理和可视化相当便捷。洗手在编程效率、BEEF程序可读性、BEEF可移植性和可扩充性上MATLAB远远优于其它的高级编程语言，吃饭而且编程易学、BEEF直观，吃饭代码非常符合人们的思维习惯。洗手另外MATLAB为用户提供了丰富的WINDOWS图形界面设计方法，吃饭使用户能够在利用其强大的数值计算功能的同时可设计出友好的图形界面，吃饭它受到了越来越多的用户的欢迎洗手MATLAB几乎可以在各种机型和操作系统上运行，吃饭所以在可移植性和可扩充性上，吃饭MATLAB远优越于其他的高级编程语言。洗手但是，吃饭和其他的高级语言相比，吃饭MATLAB程序的执行速度较慢。洗手在目前电脑处理速度不断提升的情况下，吃饭如果实时性要求不是非常高的情况下，吃饭使用MATLAB开发就不存在此类问题了。洗手洗手22系统流程图洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手图10系统流程图洗手洗手23系统框架及实现洗手1语音信号的采集洗手使用电脑的声卡设备采集一段语音信号，吃饭并将其保存在电脑中。洗手洗手2语音信号的处理洗手语音信号的处理主要包括信号的提取、BEEF信号的调整、BEEF信号的变换和滤波等。洗手洗手语音信号的时域分析洗手语音信号是一种非平稳的时变信号，吃饭它携带着各种信息。洗手在语音编码、BEEF语音合成、BEEF语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。洗手语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。洗手语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，吃饭其中时域分析是最简单的方法，吃饭直接对语音信号的时域波形进行分析，吃饭提取的特征参数主要有语音的短时能量，吃饭短时平均过零率，吃饭短时自相关函数等。洗手洗手语音信号的频域分析洗手信号的傅立叶表示在信号的分析与处理中起着重要的作用。洗手因为对于线性系统来说，吃饭可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，吃饭所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。洗手另外，吃饭傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显，吃饭因此，吃饭它能更深入地说明信号的各项红物理现象。洗手洗手由于语音信号是随着时间变化的，吃饭通常认为，吃饭语音是一个受准周期脉冲或随机噪声源激励的线性系统的输出。洗手输出频谱是声道系统频率响应与激励信号采集信息提取信号调整信号滤波信号变换效果显示7源频谱的乘积。洗手声道系统的频率响应及激励源都是随时间变化的，吃饭因此一般标准的傅立叶变换。洗手洗手语音信号加噪声洗手在MATLAB中产生高斯白噪声非常方便，吃饭我们可以直接应用两个函数BEEF一个是WGN，吃饭另一个是AWGN。洗手WGN用于产生高斯白噪声，吃饭AWGN则用于在某一信号中加入高斯白噪声。洗手也可直接用RANDN函数产生高斯分布序列。洗手洗手数字滤波器设计与滤波洗手三系统详细设计与结果分析洗手31语音的录入与打开洗手在MATLAB中，吃饭Y,FS,BITSWAVREADBLIP,N1N2BEEF用于读取语音，吃饭采样值放在向量Y中，吃饭FS表示采样频率HZ，吃饭BITS表示采样位数。洗手N1N2表示读取从N1点到N2点的值（若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值）。洗手洗手SOUNDX,FS,BITSBEEF用于对声音的回放。洗手向量Y则就代表了一个信号（也即一个复杂的“函数表达式”）也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。洗手洗手32时域信号的FFT分析与加噪后的波形比较洗手FFT即为快速傅氏变换，吃饭是离散傅氏变换的快速算法，吃饭它是根据离散傅氏变换的奇、BEEF偶、BEEF虚、BEEF实等特性，吃饭对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。洗手在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。洗手函数FFT用于序列快速傅立叶变换，吃饭其调用格式为YFFTX，吃饭其中，吃饭X是序列，吃饭Y是序列的FFT，吃饭X可以为一向量或矩阵，吃饭若X为一向量，吃饭Y是X的FFT且和X相同长度；BEEF若X为一矩阵，吃饭则Y是对矩阵的每一列向量进行FFT。洗手如果X长度是2的幂次方，吃饭函数FFT执行高速基2FFT算法，吃饭否则FFT执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，吃饭计算速度较慢。洗手函数FFT的另一种调用格式为YFFTX,N，吃饭式中，吃饭X，吃饭Y意义同前，吃饭N为正整数。洗手函数执行N点的FFT，吃饭若X为向量且长度小于N，吃饭则函数将X补零至长度N；BEEF若向量X的长度大于N，吃饭则函数截短X使之长度为N；BEEF若X为矩阵，吃饭按相同方法对X进行处理。洗手洗手语音信号时域波形洗手CLEARALLBEEFCLOSEALLBEEFCLCBEEF洗手FILESPEECHWAVBEEF洗手Y,FS,NBITSWAVREADFILEBEEF洗手SOUNDY,FS,NBITSBEEF洗手FIGURE1洗手SUBPLOT211BEEF洗手PLOTYBEEF洗手TITLE语音信号的时域波形洗手XLABEL时间BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手加噪后的语音时域波形洗手8024681012X1041050051信信信信信信信信信信信信信024681012X1041012信信信信信信信信信信信信信信信信NRAND1,LENGTHYBEEF洗手洗手XNYBEEF洗手SUBPLOT212BEEF洗手PLOTXBEEF洗手TITLE语音信号加噪后的时域波形洗手XLABEL时间BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手对语音信号进行MATLAB系统仿真，吃饭得到了相关的语音信号波形，吃饭对其加入相关噪声后得到了噪声的时域仿真图6。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手图6信号加噪前与加噪后的波形洗手33语音信号加噪与频谱分析洗手在MATLAB中产生高斯白噪声非常方便，吃饭我们可以直接应用两个函数BEEF一个是WGN，吃饭另一个是AWGN。洗手WGN用于产生高斯白噪声，吃饭AWGN则用于在某一信号中加入高斯白噪声。洗手也可直接用RANDN函数产生高斯分布序列。洗手在本次设计中，吃饭我们是利用MATLAB中的随机函数RAND或RANDN产生噪声加入到语音信号中，吃饭模仿语音信号被污染，吃饭并对其频谱分析。洗手RANDN函数有两种基本调用格式BEEFRANDNN和RANDN（M,N）,前者产生NN服从标准高斯分布的随机数矩阵，吃饭后者产生MN的随机数矩阵。洗手在这里，吃饭我们选用RANDN（M,N）函数。洗手洗手901234567891011X10401002003004005006007008009001000信信信信信信信信信信/HZ信信洗手图7语音信号频谱图洗手图7所示为语音信号的频谱图，吃饭通过对其编写程序并且进行仿真得到相应的频谱图，吃饭得到频谱图后对其加载噪声，吃饭然后编写相应程序，吃饭在图8实现了加噪声后的语音信号频谱图，吃饭通过对比我们可以发现，吃饭加噪声后的语音频谱变得比较均匀，吃饭没有加噪声之前的起伏，吃饭并且可以看出它的幅度也发生了相应的改变。洗手洗手01234567891011X1040200400600800100012001400160018002000信信信信信信信信信信信信信/HZ信信洗手图8语音信号加噪后的频谱图洗手34数字滤波器的设计洗手10本设计在MATLAB平台上，吃饭设计了IIR和FIR滤波器各种类型的滤波器。洗手用以对语音原始信号及加噪的语音信号进行滤波，吃饭重点对加噪信号进行了滤波。洗手洗手对于IIR滤波器，吃饭它的极点可以在单位圆内的任何位置，吃饭实现IIR滤波器的阶次可以较低，吃饭所用的存储单元较少，吃饭效率高，吃饭又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优良特性，吃饭因此应用很广。洗手洗手对于FIR滤波器，吃饭它有精确、BEEF严格的线性相位特性，吃饭并且可以做成既是因果的又是稳定的系统。洗手所以FIR滤波器的应用越来越广泛。洗手洗手IIR与FIR滤波器的性能比较如下表1所示。洗手洗手表1IIRDFFIRDF（1）相位一般是非线性的（1）相位可以做到严格线性（2）不一定稳定（2）一定是稳定的（3）不能用FFT作快速卷积（3）信号通过系统可采用快速卷积（4）一定是递归结构（4）主要是非递归结构，吃饭也可含递归环节（5）对频率分量的选择性好（零极点可同时起作用）（5）选择性差（6）相同性能下阶次较低（6）相同性能下阶次高（7）有噪声反馈，吃饭噪声大（7）噪声小（8）运算误差大，吃饭有可能出现极限环振荡（8）运算误差小，吃饭不会出现极限环振荡（9）设计有封闭形式的公式，吃饭一次完成（9）没有封闭形式的设计公式，吃饭须靠经验与反复调试（10）对计算手段的要求较低（10）一般需用计算机计算（11）主要用于设计分段常数的标准低通、BEEF高通、BEEF带通、BEEF带阻和全通滤波器（11）还可设计正交变换器、BEEF微分器、BEEF线性预测器、BEEF回波抵消器、BEEF均衡器、BEEF线性调频器等各种网络，吃饭适用范围广从上面的简单比较我们可以看到IIR与FIR滤波器各有所长，吃饭所以在实际应用时应该从多方面考虑来加以选择。洗手例如，吃饭从使用要求上来看，吃饭在对相位要求不敏感的场合，吃饭如语言通讯等，吃饭选用IIR较为合适，吃饭这样可以充分发挥其经济高11效的特点，吃饭而对于图像信号处理，吃饭数据传输等以波形携带信息的系统，吃饭则对线性相位要求较高，吃饭如果有条件，吃饭采用FIR滤波器较好，吃饭当然，吃饭在实际应用中应考虑经济上的要求以及计算工具的条件等多方面的因素。洗手整体来看，吃饭IIR滤波器达到同样效果阶数少，吃饭延迟小，吃饭但是有稳定性问题，吃饭非线性相位；BEEFFIR滤波器没有稳定性问题，吃饭线性相位，吃饭但阶数多，吃饭延迟大。洗手洗手而不论是IIR滤波器还是FIR滤波器的设计都包括三个步骤BEEF洗手1按照实际任务的要求，吃饭确定滤波器的性能指标。洗手洗手2用一个因果、BEEF稳定的离散线性时不变系统的系统函数逼近性能要求。洗手根据系统的不同的要求可以考虑用IIR系统函数或FIR系统函数去逼近。洗手洗手3利用有限精度算法实现系统函数，吃饭包括结构选择、BEEF字长选择等。洗手洗手35设计FIR滤波器洗手如前所述，吃饭IIR滤波器和FIR滤波器的设计方法有很大的区别。洗手下面我们着重介绍用窗函数法设计FIR滤波器的步骤。洗手如下BEEF洗手（1）根据对阻带衰减及过渡带的指标要求，吃饭选择窗函数类型（矩形窗、BEEF三角窗、BEEF汉宁窗、BEEF哈明窗、BEEF凯塞窗等），吃饭并估计窗口长度N。洗手先按照阻带衰减选择窗函数类型。洗手原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，吃饭尽量选择主瓣的窗函数。洗手洗手（2）构造希望逼近的频率响应函数。洗手洗手（3）计算HN。洗手洗手（4）加窗得到设计结果。洗手洗手36设计IIR滤波器洗手无论是数字滤波器还是模拟滤波器，吃饭他们技术指标的建立都是以所谓的“固有衰减”参数为参照。洗手|洗手目前IIR数字滤波器设计的最通用的方法是借助于模拟滤波器的设计方法。洗手模拟滤波器设计已经有了一套相当成熟的方法，吃饭它不但有完整的设计公式，吃饭而且还有较为完整的图表供查询，吃饭因此，吃饭充分利用这些已有的资源将会给数字滤波器的设计带来很大方便。洗手IIR数字滤波器的设计步骤是BEEF洗手按一定规则将给出的数字滤波器的技术指标转换为模拟低通滤波器的技术指标；BEEF洗手根据转换后的技术指标设计模拟低通滤波器；BEEF洗手GS再按一定规则将GS转换成HZ。洗手洗手若设计的数字滤波器是低通的，吃饭那么上述设计工作可以结束，吃饭若所设计的是高通，吃饭带通或带阻滤波器，吃饭那么还有步骤；BEEF洗手将高通、BEEF带通、BEEF或带阻数字L不去的技术指标先转化为低通模拟滤波器的技术指标，吃饭然后按照上述步骤设计出低通，吃饭再将转换为所需的HZ。GSS洗手洗手37双线性变换法和窗函数法洗手对于数字高通、BEEF带通滤波器的设计，吃饭通用方法为双线性变换法。洗手可以借助于模拟滤波器的频率转换设计一个所需类型的过渡模拟滤波器，吃饭再经过双线性变换将其转换策划那个所需的数字滤波器。洗手具体设计步骤如下BEEF洗手12（1）确定所需类型数字滤波器的技术指标。洗手洗手（2）将所需类型数字滤波器的边界频率转换成相应的模拟滤波器的边界频率，吃饭转换公式为2/TTAN05。洗手洗手（3）将相应类型的模拟滤波器技术指标转换成模拟低通滤波器技术指标。洗手洗手（4）设计模拟低通滤波器。洗手洗手（5）通过频率变换将模拟低通转换成相应类型的过渡模拟滤波器。洗手洗手（6）采用双线性变换法将相应类型的过渡模拟滤波器转换成所需类型的数字滤波器。洗手洗手下面我们总结一下利用模拟滤波器设计IIR数字低通滤波器的步骤BEEF洗手（1）确定数字低通滤波器的技术指标BEEF通带边界频率、BEEF通带最大衰减，吃饭阻带截止频率、BEEF阻带最小衰减。洗手洗手（2）将数字低通滤波器的技术指标转换成相应的模拟低通滤波器的技术指标。洗手洗手（3）按照模拟低通滤波器的技术指标设计及过渡模拟低通滤波器。洗手洗手（4）用双线性变换法，吃饭模拟滤波器系统函数转换成数字低通滤波器系统函数。洗手洗手MATLAB信号处理工具箱函数BUTTPBUTTORBUTTER是巴特沃斯滤波器设计函数，吃饭其有5种调用格式，吃饭利用MATLAB信号处理工具箱函数，吃饭我们很容易写出其相应程序，吃饭根据写出相应的程序，吃饭我们可以得到相应的频率响应特性图。洗手，吃饭得到的具体响应图如图9所示BEEF洗手00102030405060708091170160150140130120110100信信信信信信信信信信信洗手图9IIR数字低通滤波器频率响应图洗手利用双线性变换实现频率响应S域到Z域的变换法设计了巴特沃斯低通数字IIR滤波器，吃饭对加入高斯随机噪声和正弦噪声的语音信号进行滤波，吃饭并绘制了两滤波器滤波前后的语音信号时域图和频谱图。洗手洗手窗函数法设计FIR滤波器洗手我们知道，吃饭一个理想的频率响应的傅理叶变换所得到的理想单位脉冲响应往往13是一个无限长序列。洗手经过适当的加权、BEEF截断处理才得到一个所需要的有限长脉冲响应序列。洗手对应不同的加权、BEEF截断，吃饭就有不同的窗函数。洗手所要寻找的滤波器脉冲响应就等于理想脉冲响应和窗函数的乘积。洗手即，吃饭由此可见，吃饭窗函数的性质就决定了滤波器的品质。洗手洗手在实验编程之前，吃饭认真复习有关FIR滤波器设计的有关知识，吃饭尤其是窗函数法的有关内容，吃饭阅读本实验原理与方法，吃饭熟悉窗函数及四种线性相位FIR滤波器的特性，吃饭掌握窗函数设计滤波器的具体步骤。洗手编制窗函数设计FIR滤波器的主程序及相应子程序窗函数产生子程序，吃饭用于产生几种常见的窗函数序列。洗手洗手洗手0010203040506070809180006000400020000NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEPHASEDEGREES001020304050607080912001000100NORMALIZEDFREQUENCYRAD/SAMPLEMAGNITUDEDB洗手图10FIR滤波器频谱图洗手38进行滤波，吃饭比较滤波前后语音信号的波形及频谱洗手用自己设计的各滤波器分别对加噪的语音信号进行滤波，吃饭在MATLAB中，吃饭FIR滤波器利用函数FFTFILT对信号进行滤波，吃饭IIR滤波器利用函数FILTER对信号进行滤波。洗手洗手函数FFTFILT用的是重叠相加法实现线性卷积的计算。洗手调用BEEFYFFTFILTERH,X,M。洗手其中，吃饭H是系统单位冲击响应向量；BEEFX是输入序列向量；BEEFY是系统的输出序列向量；BEEFM是有用户选择的输入序列的分段长度，吃饭缺省时，吃饭默认的输入向量的重长度M512。洗手使用窗函数法,选用凯瑟窗设计了数字FIR低通滤波器对加了噪声的语音信号进行滤波，吃饭并绘制了两滤波器滤波后的语音信号时域图和频谱图。洗手洗手函数FILTER的调用格式BEEFYNFILTERB，吃饭AXN，吃饭它是按照直线型结构实现对XN的滤波。洗手其中XN是输入信号向量，吃饭YN输出信号向量。洗手洗手因此下图11给出了语音信号未滤波前的波形和通过不同滤波器之后的波形BEEF洗手14051015X1041050051信信信信信信信051015X1041050051信信信信信信信051015X1041000010002000信信信信信信信051015X1041000010002000信信信信信信信洗手图11FIR滤波器滤波前与滤波后的波形比较洗手024681012X10442024信信信信信信信信信信信01234567891011X10405001000信信信信信信信信信/HZ信信洗手图12IIR滤波器滤波前波形与滤波后的语音频谱波洗手洗手洗手洗手总结洗手经过二周时间的忙碌，吃饭终于完成了本次的课程设计基于MATAB语音信号的清、BEEF浊音分析。洗手在这段时间内我发现自己还有很多基础知识没有掌握，吃饭设计起15来非常吃力，吃饭并且在开始的几天之中，吃饭做起来很困难。洗手因此我们对所有的组成员进行了划分，吃饭基本两人一组完成某一个部分，吃饭我主要设计对语音信号加噪声这一块，吃饭刚开始根部无从下手，吃饭通过上网，吃饭去图书馆查询资料，吃饭并通过和老师、BEEF同学们进行讨论，吃饭最后终于完成了我所设计的部分，吃饭最后通过与大家的交流，吃饭我也顺利完成了其他模块的设计。洗手通过选择一个语音信号作为分析的对象，吃饭对其进行频谱分析，吃饭利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，吃饭模仿被噪声干扰的语音信号，吃饭并对其进行频谱分析；BEEF运用数字信号处理理论设计FIR和IIR数字滤波器，吃饭并对被噪声污染的语音信号进行滤波，吃饭分析滤波后信号的时域和频域特征，吃饭回放语音信号。洗手洗手这次课程设计还使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，吃饭只有理论知识是远远不够的，吃饭只有把所学的理论知识与实践相结合起来，吃饭从理论中得出结论，吃饭才能真正为社会服务，吃饭从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。洗手在设计的过程中遇到问题，吃饭可以说得是困难重重，吃饭这毕竟第一次做的，吃饭难免会遇到过各种各样的问题，吃饭同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，吃饭对以前所学过的知识理解得不够深刻，吃饭掌握得不够牢固。洗手最后通过大家的努力达到了理论与实际相结合的目的，吃饭我不仅学到了不少知识，吃饭而且锻炼了自己的能力，吃饭使自己对以后的路有了更加清楚的认识，吃饭同时，吃饭对未来有了更多的信心。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手参考文献洗手1丁玉美数字信号处理M西安BEEF西安电子科技大学出版社，吃饭2003，吃饭3洗手2胡广书数字信号处理M北京BEEF清华大学出版社，吃饭2010洗手3刘敏MATLAB通信仿真与应用M北京国防工业出版社洗手4万永革数字信号处理的MATLAB实现M科学出版社,2007洗手5刘波,文忠,曾涯MATLAB信号处理电子工业出版社,2006洗手6黄文梅，吃饭熊桂林，吃饭杨勇信号分析与处理M长沙BEEF国防科技大学出版社，吃饭2000洗手7陈怀琛数字信号处理教程M北京BEEF电子工业出版社，吃饭2004洗手8程佩青数字信号处理教程（第二版M北京BEEF清华大学出版社，吃饭2001洗手9韩纪庆，吃饭张磊，吃饭郑铁然语音信号处理M北京BEEF清华大学出版社，吃饭2004洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手16洗手附录洗手语音信号时域波形洗手CLEARALLBEEFCLOSEALLBEEFCLCBEEF洗手FILESPEECHWAVBEEF洗手Y,FS,NBITSWAVREADFILEBEEF洗手SOUNDY,FS,NBITSBEEF洗手FIGURE1洗手SUBPLOT211BEEF洗手PLOTYBEEF洗手TITLE语音信号时域波形洗手XLABEL时间BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手语音信号加噪后时域波形洗手NRAND1,LENGTHYBEEF产生一与Y一样的随机信号洗手XNYBEEF洗手SUBPLOT212BEEF洗手PLOTXBEEF洗手TITLE语音信号加噪后的时域波形洗手XLABEL时间BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手语音信号与加噪后的语音信号频谱图洗手FIGURE2洗手Y1FFTSHIFTYBEEF洗手PLOTABSFFTY1BEEF洗手TITLE语音信号频谱图洗手XLABEL频率/HZBEEF洗手YLABEL幅度BEEF洗手AXIS0,110000,0,1000BEEF洗手FIGURE3洗手Y2FFTSHIFTXBEEF洗手PLOTABSFFTY2BEEF洗手TITLE语音信号加噪后的频谱图洗手XLABEL频率/HZBEEF洗手YLABEL幅度BEEF洗手AXIS0,110000,0,2000BEEF洗手FP1000BEEFFS1200BEEFRS100BEEFFS8000BEEFKAISER滤波器设计洗手WP2PIFP/FSBEEFWS2PIFS/FSBEEF洗手BTWSWPBEEF洗手ALPH0112RS87BEEF洗手MCEILRS8/2285/BTBEEF洗手WCWPWS/2/PIBEEF洗手HNFIR1M,WC,KAISERM1,ALPHBEEF洗手17FIGURE4BEEF洗手FREQZHNBEEF洗手Y,FN,NBITSWAVREADSPEECHWAVBEEF洗手YFFTYBEEF洗手Y1FFTFILTHN,YBEEF利用KAISER滤波器对语音信号滤波洗手Y1FFTY1BEEF洗手N0LENGTHY1BEEF洗手FIGURE5BEEF洗手SUBPLOT221BEEFPLOTYBEEFTITLE未滤波语音波形BEEF洗手SUBPLOT222BEEFPLOTY1BEEFTITLE滤波语音波形BEEF洗手SUBPLOT223BEEFPLOTN,YBEEFTITLE未滤波语音频谱BEEF洗手SUBPLOT224BEEFPLOTN,Y1BEEFTITLE滤波语音频谱BEEF洗手基于脉冲响应不变法的IIR滤波器洗手FIGURE6洗手WP01PIBEEFWS04PIBEEFAP1BEEFAS25BEEF指标洗手FS1BEEF抽样频率WPWPFSBEEFWSWSFSBEEF确定BW指标洗手NBUTTORDWP,WS,AP,AS,SBEEF确定AF阶数洗手WCWP/1001AP11/2/NBEEF通带指标3DB截频洗手NUMA,DENABUTTERN,WC,SBEEF确定BWAF洗手NUMD,DENDIMPINVARNUMA,DENA,FSBEEF确定DF洗手WLINSPACE0,PI,512BEEF洗手HFREQZNUMD,DEND,WBEEF洗手NORMMAXABSNBEEF幅度归一化DF相应洗手NUMDNUMD/NORMBEEF洗手PLOTW/PI,20LOG10ABSH/NORM洗手WWP,WSBEEF计算AP,AS洗手HFREQZNUMD,DEND,WBEEF洗手FPRINTFAP4FN,20LOG10ABSH1BEEF洗手FPRINTFAS4FN,20LOG10ABSH2BEEF洗手GRIDBEEF洗手TITLE频率响应特性图洗手XLABEL频率BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手Y3FFTFILTN,YBEEF洗手Y4FFTSHIFTY3BEEF洗手N0LENGTHY1BEEF洗手TITLE频率响应特性图洗手XLABEL频率BEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手FIGURE7洗手SUBPLOT211BEEF洗手PLOTY3BEEF洗手18TITLE滤波后语音波形BEEF洗手XLABEL时间BEEF洗