河北科技大学数字信号课程设计

1、 河北科技大学 课程设计报告学生姓名： 陈超 学 号：14L0751002 专业班级： 电信L141 课程名称： 数字信号处理课程设计 学年学期 20162017学年第一学期 指导教师： 张秀清 2017年 1月课程设计成绩评定表学生姓名陈超学 号14L0751002成绩专业班级电信L141起止时间2016-12-28至2017-1-7设计题目 基于MATLAB的语音信号处理指导教师评语指导教师： 年 月 日目 录（一）绪论1（二）设计目的1（三）设计原理1（四）设计内容与要求2（五）设计源程序与运行结果3（六）结论5摘要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

2、的学科，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。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形式。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，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。信号处理是Matlab重要应用的领域之一。本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题，采

3、用MATLAB7.0综合运用GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、傅里叶变换及滤波，程序界面简练，操作简便，具有一定的实际应用意义。 本次实训是利用MATLAB对语音信号进行时域和频域分析，通过MATLAB对语音进行数字处理。关键词：离散傅里叶变换，频谱分析，滤波器，变声。1.绪论语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段。随着社会文化的进步和科学技术的发展，人类开始进入了信息化时代，用现代手段研究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、和获取语音信息，这对于促进社会的发展具有十分重要的意义，因此，语音信号处理正越来越受到人们的关注和广泛的研

4、究。1.1课题背景及意义语音信号处理是一门比较实用的电子信息工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。语言是人类特有的功能，踏实创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有几天的人类文明。语音是演的升学表现，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息的形式。1.2国内外研究现状20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如熟悉滤波去、快速傅里叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音新海处理取得了重大的进展；进入70年代之后

5、，提供了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分心、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法;80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；近年来人工神经网络（ANN）的研究取得了迅速发展，语音信号的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，他的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中。一）设计目的1.掌握利用MATLAB语言环境进行数字信号处理的方法。2. 综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器的设计，通过理论推导得出相应结论。

6、 3. 利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。 （2） 设计原理 数字滤波是常用的音频处理技术 可根据技术指标 先利用 FDATool 工具 设计一个数字滤波器2 再用 Filter 或 Filter2 函数即可实现滤波处理 调用的 Filter 函数格式是 Y = filte (B,A,X) 其中 B 和 A 是滤波器传输函数的分子和分母系数 X 是输入变量 Y是实现滤波后

7、的输出变量 如果处理立体声音频信号 可分开处理 但用 FIR 滤波器时调用 Filter2 函数更方便。（三）设计内容与要求 设计内容用MATLAB命令将所需处理的语音信号读入程序。调整采样频率，实现语音信号的快放、慢放。 熟悉各种窗函数,设计FIR低通滤波器。运用双线性变换法实现IIR高通滤波器。根据指标要求选择窗函数的形状与长度N。验证所设计的滤波器是否满足指标要求。 设计要求学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。 改变数字语音信号的相关指标，实现语音信号的响应变化。 熟悉MATLAB语言，独立编写程序。（4） 设计的源程序及运行结

8、果： 一、源程序：clear clcy,fs,bits=wavread('1.wav');sound(y,fs,bits);n=length(y)Y=fft(y,n);%傅里叶变换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');w=1.2;M=w*fs;%慢(快)放,取决于w值sound(y,M)w=0.8;M=w*fs;sound(y,M)wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;width=ws-wpN=ceil(6.6*pi/w

9、idth)+1n=0:N-1;a=1;wc=(ws+wp)/2hd=ideal(wc,N);wn=(hamming(N)'h=hd.*wn;k=0:500;w=(pi/500)*k;H=fr(h,a,w);mag=abs(H);db=20*log10(mag+eps)/max(mag);wth=pi/500;rp=-(min(db(1:1:wp/wth+1)as=-round(max(db(ws/wth+1:1:500)subplot(2,2,1);stem(n,hd);title('理想冲激响应');axis(0 N-1 -0.1 0.3);ylabel('h

10、d');subplot(2,2,2);stem(n,wn);title('海明窗');axis(0 N-1 0 1.1);ylabel('wn');subplot(2,2,3);stem(n,h);title('实际冲激响应');axis(0 N-1 -0.2 0.3);xlabel('n');ylabel('h');subplot(2,2,4);plot(w/pi,db);title('幅度响应（dB）');axis(0 1 -100 10);grid;xlabel('以pi为单位

11、的频率')ylabel('分贝数');y=10*yc=fftfilt(h,y);sound(c,fs,bits);Ft=8000;Fp=5000;Fs=4800;wp1=tan(pi*Fp/Ft);%高通到低通滤波器参数转换ws1=tan(pi*Fs/Ft);wp=1;ws=wp1*wp/ws1;n13,wn13=cheb1ord(wp,ws,1,200,'s');%求模拟的低通滤波器阶数和截止频率b13,a13=cheby1(n13,1,wn13,'s'); %求S域的频率响应的参数?num,den=lp2hp(b13,a13,wn13

12、);%将S域低通参数转为高通的?num13,den13=bilinear(num,den,0.5);%利用双线性变换实现频率响应S域到Z域转换h,w=freqz(num13,den13);plot(w*21000*0.5/pi,abs(h);title('IIR高通滤波器');legend('用cheby1设计');axis(0 12000 0 1.5);grid;w=filter(num13,den13,y);sound(w,fs,bits)（5） 结论在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自