基于Matlab的语音滤波处理

1、 数字信号处理课程设计 基于matlab的语音信号处理 摘要利用所学习的数字信号处理知识，设计了一个有趣的音效处理系统，首先设计了几种不同的滤波器对声音进行滤波处理，分析了时域和频域的变化，比较了经过滤波处理后的声音与原来的声音有何变化。同时设计实现了语音的倒放，变速播放，回响，音调转换等处理效果，其中音调转换部分使用了重新采样改变基频，再进行时长规整的算法。基于MATLAB的语音信号处理语音信号的采集 录制或者截取一段音乐，时间在1分钟左右，存为.wav的文件。然后利用wavread对语音信号进行采样。我们一共选择了3段语音，其中 d.wav 真心英雄（周华健）（男声） man.wav我的歌

2、声里（自己录制）（男声） girl.wav看的最远的地方（张韶涵）（女声）语音信号的频谱分析使用matlab画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性，画出频谱图，分析频率成分。这里我们分析的是d.wav，通过分析知道频率分布在010KHz，主要分布在低频。数字滤波器设计这里我们设计了4种滤波器对语音进行处理，分别为椭圆低通滤波，椭圆高通滤波，等波纹逼近法FIR带通滤波器，双线性变换法切比雪夫数字高通滤波器，绘制出相应的幅度、相位谱图，滤波后的波形、频谱图。各滤波器的设计如下：椭圆低通滤波器：fb1 200 Hz,fc1 400 Hz,As100 dB,Ap1

3、dB椭圆高通滤波器：fc4 800 Hz,fb5 000 Hz As100 dB,Ap1 dB等波纹逼近法设计FIR带通滤波器fb11200Hz,fb23000Hz,fc11000Hz,fc23000Hz,As100dB,Ap1dB双线性变换法切比雪夫数字高通滤波器fc4 800 Hz,fb5 000 Hz As100 dB,Ap1 dB 滤波处理后，我们用函数sound()可以对声音进行回放,调用格式：sound(x,fs,bits);感觉滤波前后的声音。语音的低频部分沉稳，空间感较强;中频部分音质一般;高频部分音质非常尖锐，略微有尖音。此外中高频的幅度都不大，回放时音量较低。语音变速播放改

4、变语音的播放速度也就是改变采样间隔（即改变了采样频率），但是这个频实现率依然要在2f(Nyquist rate)之上，否则就会产生失真。%变速-慢放%w=0.9;M=w*fs; %w>1为快放，w<1为慢放sound(x,M,nbits);语音倒放 使用flipud()倒置语音矩阵，逆序输出音频即可。回响效果 回声在时域上幅值减小了，频域上的特征不变，只需要把原信号添加一个延时（delay）和对时域的幅度添加一个参数.然后和原信号叠加即可获得回响效果。实现男女声转换音效效果 我们使用另外写的voice(x,f)函数实现音调转换，x为需要转换的声音，通过抽取插值更改采样率来改变基频，

5、当f>1时音调降低;f<1音调升高。然后再进行时长整合使语音文件恢复原来的时长。时长整合使用重叠叠加算法来实现。经过我们试听，转换效果还是很好的。总结体会通过对声音信号的滤波处理，比较其前后变化，感受到了滤波器在声音信号处理当中的作用，同时在实践中掌握了滤波器的基本设计方法，加深了对各种类型的数字滤波器特性的理解。我们通过对声音的各种变换，产生了多种不同的音效，也体会到了语音处理的魅力。在课程设计过程中，我们发现自己对Matlab的应用还是不够熟练，基础不够扎实，花了不少时间编写调试。代码附录%读取声音信号%y,fs,nbits=wavread('d'); %读取声

6、音文件x=y(:,1); %读入的y矩阵有两列,取第1列N=length(x);n=0:N-1;X= fft(x); %傅里叶变换Fs=2*fs; %2倍频T=1/Fs;f=n/N*Fs; figure;subplot(2,1,1);plot(n,x); %声音的时域波形title('原声音的波形');xlabel('t/s');ylabel('magnitude');subplot(2,1,2);plot(f,abs(X); %声音的频谱title('原声音的频谱');xlabel('frequency/Hz')

7、;ylabel('magnitude'); % 滤波器设计% % 椭圆低通滤波器%fp1=1200;fs1=1400; %低通滤波器通带截止频率1200Hz和阻带截止频率1400Hzwp1=2*fp1/Fs; ws1=2*fs1/Fs;rp=1;as=100;N1,wp1=ellipord(wp1,ws1,rp,as); %计算椭圆低通模拟滤波器的阶数和通带边界频率B,A=ellip(N1,rp,as,wp1); %计算低通滤波器模拟滤波器系统函数系数y1=filter(B,A,x); %滤波器软件实现% 低通滤波器绘图部分% figure; freqz(B,A); figur

8、e; subplot(2,1,1); t=n*T; plot(t,y1); xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('低通滤波后的波形'); axis(0,t(end),min(y1),1.2*max(y1)%坐标范围 subplot(2,1,2); plot(f,abs(fft(y1);%椭圆高通滤波器% fp2=4800;fs2=5000; %高通滤波器通带截止频率5000Hz和阻带截止频率4800Hz wp2=2*fp2/Fs; ws2=2*fs2/Fs;rp=1;as=100; N2,wp2=ell

9、ipord(wp2,ws2,rp,as); B2,A2=ellip(N2,rp,as,wp2,'high'); %计算高通滤波器模拟滤波器系统函数系数 y2=filter(B2,A2,x); %滤波器软件实现% 高通滤波器绘图部分% figure; freqz(B2,A2); figure; subplot(2,1,1); t=n*T; plot(t,y2); xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('高通滤波后的波形'); axis(0,t(end),min(y2),1.2*max(y2)

10、 subplot(2,1,2); plot(f,abs(fft(y2); %等波纹逼近法设计带通滤波器及滤波I,fs,nbits=wavread('d');y=I(:,1);fp1=1200;fp2=3000;fc1=1000;fc2=3200;FS=2*fs;rp=1;rs=100;f=fc1,fp1,fp2,fc2;m=0,1,0;dat1=(10(rp/20)-1)/(10(rp/20)+1);dat2=10(-rs/20);rip=dat2,dat1,dat2;M,fo,mo,w=remezord(f,m,rip,FS);M=M+1;hn=remez(M,fo,mo,w

11、);figure(1);freqz(hn);Y=fft(y);y1=fftfilt(hn,y); %用remez设计的滤波器进行滤波Y1=fft(y1);n=0:length(y)-1;figure(2);subplot(221);plot(y);title('未滤波语音波形');subplot(222);plot(y1);title('等波纹逼近法滤波后语音波形');subplot(223);plot(n,Y);title('未滤波语音频谱');subplot(224);plot(n,Y1);title('等波纹逼近法滤波后语音频谱&#

12、39;);sound(y1,fs,nbits); %滤波后语音回放%cheby1设计模拟高通滤波器再经双线性变换法设计成数字高通滤波器fp=5000;fc=4800;rp=1;rs=100;FS=2*fs;wpz=2*pi*fp/FS;wsz=2*pi*fc/FS;wp=2*tan(wpz/2)*FS;ws=2*tan(wsz/2)*FS; %预畸校正转换指标N,wpo=cheb1ord(wp,ws,rp,rs,'s');BH,AH=cheby1(N,rp,wpo,'high','s');Bz,Az=bilinear(BH,AH,FS);w=0:

13、0.01*pi:pi;h,w=freqz(Bz,Az,w);plot(w/pi,20*log(abs(h),'k');axis(0,1,-800,100);xlabel('w/pi');ylabel('幅度/dB');grid;title('cheby1数字高通滤波器');Y=fft(y);y1=filter(Bz,Az,y); Y1=fft(y1);n=0:length(y)-1;figure(2);subplot(221);plot(y);title('未滤波语音波形');subplot(222);plot(y

14、1);title('cheby滤波后语音波形');subplot(223);plot(n,Y);title('未滤波语音频谱');subplot(224);plot(n,Y1);title('cheby滤波后语音频谱');sound(y1,fs,nbits); %滤波后语音回放 %播放声音%sound(x,fs,nbits); %原声sound(5*y1,fs,nbits); %低通sound(5*y2,fs,nbits); %高通 %变速-慢放%w=0.9;M=w*fs; %w>1为快放，w<1为慢放sound(x,M,nbits)

15、; %语音倒放%y0=flipud(x);sound(y0); %回声%z=zeros(5000,1);x; %延时5000个点x1=x;zeros(5000,1); %使原声音长度与延时后相等y1=x1+0.4*z; %原声+延时衰减figure;plot(y1);title('加入回声的波形');sound(5*y1,fs,nbits); %调用函数voice()实现音调转换% %男声转换为女声%y,fs,nbits=wavread('man'); %读取声音文件x=y(:,1); %读入的y矩阵有两列,取第1列y1=voice(x,0.71); %调整vo

16、ice()第2个参数转换音调,>1降调,<1升调,y1为x转换后的声音N=length(x); M=length(y1);n=0:N-1; m=0:M-1;X= fft(x); Y=fft(y1); %傅里叶变换Fs=2*fs; %2倍频T=1/Fs; T1=1/Fs*0.71;f=n/N*Fs; f1=m/M*Fs/0.71;t=n*T; t1=m*T1;figure;subplot(2,1,1);plot(t,x); xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('转换前的波形');subplot

17、(2,1,2);plot(t1,y1); xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('转换后的波形');figure;subplot(2,1,1);plot(f,abs(X); xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('转换前的频谱');subplot(2,1,2);plot(f1,abs(Y); xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude&#

18、39;);title('转换后的频谱');sound(y1,fs,nbits); %女声转换为男声%y,fs,nbits=wavread('girl'); %读取声音文件x=y(:,1); %读入的y矩阵有两列,取第1列sound(voice(x,1.3),fs,nbits);%调整voice()第2个参数转换音调,>1降调,<1升调function Y=voice(x,f) %更改采样率使基频改变 f>1降低;f<1升高f=round(f*1000);d=resample(x,f,1000);%时长整合使语音文件恢复原来时长 W=400; Wov=W/2; Kmax=W*2; Wsim=Wov; xdecim=8; kdecim=2; X=d' F=f/1000; Ss =W-Wov; xpts = size(X,2);ypts = round(xpts / F); Y = zeros(1, ypts); xfwin = (1:Wov)/(Wov+1); ovix = (1-Wov):0; newix = 1:(W-Wov);simix = (1:xdecim:Wsim) - Wsim; padX = zeros(1,