基于MATLAB的语音信号滤波处理和程序设计

1、课程设计说明书 题 目 基于MATLAB的语音信号滤波处理和程序设计 姓 名： 院 （系）： 专业班级： 学 号： 指导教师： 成 绩： 时间：2015年6月29日至 2015年7月3日课 程 设 计 任 务 书题目 基于MATLAB的语音信号滤波处理和程序设计 专业、班级 学号 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：要求学生利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音“大家好”。利用MATLAB对所录制的信号进行时域和频域分析；构建一个干扰信号，把语音信号和干扰信号叠加，利用MATLAB对干扰后的语音信号进行时域和频域分析，对干扰后的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波

2、形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。基本要求：1.掌握在 Windows 环境下语音信号录制的方法。 2.掌握在MATLAB环境下语音信号的采集方法。3.设构建的干扰信号为 4.掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。 5.利用MATLAB设计滤波器对干扰的语音信号进行滤波6.掌握 MATLAB 的程序设计方法。 主要参考资料：1 张文. 基于MATLAB的语音信号滤波设计与实现J.山西电子技术.2008,2 完 成 期 限： 2015.6.292015.7.03 指导教师签名： 课程负责人签名： 2015年 6月 24日 摘 要 语音信号处理是研究用数字信号处理技术

3、和语音学知识对语音信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的学科之一，通过语音传递信息是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息手段，所以对其的研究更显得尤为重要。 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成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。本课程设计旨在熟悉在Windows环境下语音信号采集的方法，掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法，掌握MATLAB设计FIR数字滤波器的方法并且学会用MATLAB对信号进行分析和处理。 课题的制作过程中，首先对语音信号进行采集和频谱分析，然后再用低通滤波器进行滤波处理，比较波形

4、的变化。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、时域和频域分析等,信号处理是Matlab重要应用的领域之一。本设计是用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。关键词:语音信号;滤波器;MATLAB目 录1概述11.1课程设计背景及意义 11.2设计的目的11.3设计内容 12设计过程12.1原理分析及方法12.2语音信号的获取22.3干扰信号的构建22.4数字滤波器的选择23 MATLAB程序及波形图23.1原语音信号的时域、频域分析程序及波形

5、图23.2加噪声信号时域和频域分析程序级波形图3 3.3对构建的信号进行滤波处理程序及波形图 44总结与体会6参考文献7 1概述 语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。语音是语言的声学表现，是相互传递信息的重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。在人类已构成的通信系统中，语音通信方式，早已成为主要的信息传递途径之一，具有最方便和最快捷的特点。语言和语音也是人类进行思维的一种依托，它与人的智力活动密切相关，与文化和社会的进步紧密相连，具有最大的信息容量和最高的智能水平。 1.1 课程设计背景及意义 语音信号处理是研

6、究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。虽然从事这一领域研究的人员主要来自信号信息处理及计算机应用等学科，语音信号处理的一个重要的部分是频谱分析。1.2设计的目的1、学会使用MATLAB，达到利用MATLAB解决信号处理领域各种问题的能力。2、巩固学过的信号与系统、数字信号处理、通信原理等各科知识。3、熟练在各门课中使用MATLAB。4、学会整理和总结设计文档报告。1.3设计内容 1首先录制好一段自己的语音。 2用Matlab对语音信号进行时域和频域分析。3用Matlab将语音信号与干扰信号f=10sin（4000

7、t）叠加。4用Matlab对加噪声信号进行滤波处理。2设计过程2.1原理分析 本设计主要是对语音信号时域和频域分析，并在对语音信号加噪声用滤波器进行滤波处理，对语音信号加噪声前后的频谱进行比较，对语音信号加噪声前后的时域与频域进行分析比较。 首先用pc机在WINDOWS的录音机录制一段“大家好”，并用MATLAB仿真软件对语音信号进行时域和频域分析，做出时域和频域波形图，利用正弦信号构建一个噪声信号叠加语音信号上在进行时域和频域分析，然后在用滤波器进行滤波处理比较前后时域和频域波形图的变化。2.2语音信号的获取 利用pc机的录音机录制一段语音放在指定目录（E:2015.wav）下，并用wavr

8、ead函数读取文件并分析时域和频域图。2.3干扰信号的构建 在Matlab中人为设计一固定频率的噪声干扰信号。噪声信号通常为随机信号,为方便设计,在本设计中用正弦信号f=10sin（4000t）代替。2.4数字滤波器的选择 数字滤波器分为FIR数字滤波器和IIR数字滤波器两种,可以用硬件和软件来设计实现。软件设计主要有脉冲响应不变法、双线性变换法、窗口函数法。本设计是用窗函数法设计的低通滤波器。低通滤波器参数：fp=1000Hz;Fs=1750Hz;As=80dB;Ap=0.5dB; 3 MATLAB程序及波形图3.1原语音信号的时域、频域分析程序及波形图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('原始语音信号时域波形');xlabel('时间 n');ylabel('幅度'); axis(0 35000 -1.5 1.5) gridsubplot(2,1,2)plot(abs(y1); title('原始语音信号频谱') xlabel('频率Hz');axis(0 32768 0 450) grid时域和频域波形图

10、 3.2加噪声信号时域和频域分析程序级波形图 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('时间t'); title('加正弦信号的语音信号时域波形') axis(0 32000 -15 15) grid on; y3=fft(x3,3276

11、8); subplot(2,1,2) grid on; plot(f,abs(y3); xlabel('频率 Hz'); title('加正弦信号的语音信号的频谱)') axis(0 9000 0 450) grid on; 时域和频域图3.3对构建的信号进行滤波处理程序及波形图 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('正弦干扰滤波后信号波形'); axis(0 35000 -1 1) grid subplot(2,1,2); plot(abs(y13); title('正弦干扰滤波后信号频谱'); axis(0 35000 0 450)grid 滤波后的图像如下：4总结与体会 以往都是通过课本来感性的认知语音信号，通过本次的课程设计，让我对语音信号有了一个较为实际的认识。于此同时，让我再次把数字信号处理及数字滤波器的设计方法重新进行了复习和学习。而对于Matlab，也再次让我感受到了其功能的强大。最为重要的是，本次课程设计让我重新审视了学习的过程：只去做实验是不行的，首先还是要思考，遇到了问题查书籍，网络搜索也是一种手段，更加重要的是想在理解，只有这样才能真正的做好本次任务。参考文献1. 张文.基于MATLAB的语音信号的滤波域实现.山西电子技术.2008.22. 陈后金.信号与系统.高等教育出版社.2007.123.