基于MATLAB的有噪声的语音信号处理的课程设计

1、基于MATLAB勺有噪声的语音信号处理的课程设计DSP实验课程设计实验报告DSP实验课程设计实验报告姓名：学号：班级：1 .课程设计题目：基于MATLAB勺有噪声的语音信号处理的课程设计。2 .课程设计的目的：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设计，通过理论推导得出相应的结论，再利用MATLA暇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。3 .课程设计的要求：(1)熟悉离散信号和系统的时域特性。(2)掌握序列快速傅里叶变换FFT方法。(3)学会MATLAB勺使用，掌握MATLAB勺程序设计方法。(4)利用MATLAB寸语音信号进行频谱分析。(5)掌握MATLA

2、暇计各种数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。4 .课程设计的内容：录制一段语音信号，对语音信号进行频谱分DSP实验课程设计实验报告析，利用MATLA珅的随机函数产生噪声加入到语音信号中，使语音信号被污染，然后进行频谱分析，设计FIR和IIR数字滤波器，并对噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后的信号的时域和频域特征，回放语音信号。5 .课程设计的步骤：(1)语音信号的获取通过录音软件录制一段语音“数字信号处理”，命名为“OriSound”，时长大约1至U2秒，在MATLAB中，通过使用wavread函数，对语音进行采样：y,fs,nbits=wavread('OriSound

3、9;);%语音信号的采集采样值放在向量y中，采样频率为fs,采样位数为nbits。(2)语音信号的频谱分析画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析，在MATLA珅，通过使用fft函数对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。DSP实验课程设计实验报告因此采集语音并绘出波形和频谱的模块程序如下：y,fs,nbits=wavread('OriSound');%语音信号的采集sound(y,fs,nbits);%语音信号的播放n=length(y);%计算语音信号的长度Y=fft(y,n);%快速傅里叶变换figure;subplot(2,1,1);%绘出时域波形plo

4、t(y);title('原始信号波形','fontweight','bold');axis(0000080000-11);%通过尝试确定合适的坐标参数grid;subplot(2,1,2);%绘出频域频谱plot(abs(Y);DSP实验课程设计实验报告title('原始信号频谱','fontweight','bold');axis(015000004000);%通过尝试确定合适的坐标参数grid;结果如下:可以看到，语音信号的频率集中在低频部分。(3)产生噪声信号在MATLABh,通过使用rand

5、n函数产生随机DSP实验课程设计实验报告噪声信号，并加到语音信号中得到被污染的语音信号，回放语音信号。产生随机噪声：Noise=0.2*randn(n,1);其中用0.2倍乘噪声用来适当削减噪声的作用，便于对语音信号进行处理并比较效果。(4)污染信号频谱分析对被污染的加噪信号进行时域和频域分析。加噪声并分析信号波形频谱的模块程序及说明如下：y,fs,nbits=wavread('OriSound.wav');%语音信号采集sound(y,fs,nbits);%回放语音信号便于比较效果n=length(y);%计算语音信号长度Noise=0.2*randn(n,1);%产DSP实

6、验课程设计实验报告生随机噪声信号Noises=y+Noise;加到原始信号，得到污染信号ssound(s);号sfigure;subplot(2,1,1);噪信号时域波形plot(s);title('加噪语音信号','fontweight','bold');axis(0000080000-11);grid;S=fft(s);快速傅里叶变换得到频谱subplot(2,1,2);噪信号频域频谱plot(abs(S);title('加噪语音信号','fontweight','bold');%将Noise添

7、%回放污染信%绘制加的时域波形%对s进行%绘制加的时域波形axis(015000004000);DSP实验课程设计实验报告grid;结果如下:可以看到，随机噪声均匀的分布在整个频谱范韦I内。(5)设计FIR和IIR数字滤波器在MATLAB中，根据频谱特征设计FIR和IIR滤波器。在Matlab中，可以利用函数firl设计FIR滤波器，利用函数butter,cheby1设计IIR滤波器，利用Matlab中的函数freqz画出各DSP实验课程设计实验报告步滤波器的频率响应。低通滤波器的性能指标：fp=1000Hz,fc=1200Hz,As=100db,Ap=1dB高通滤波器的性能指标：fp=350

8、0Hz,fc=4000Hz,As=100dB,Ap=1dB;带通滤波器的性能指标：fp1=1200Hz,fp2=3000hZ,fc1=1000Hz,fc2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB在MATLAB中，禾1J用N,wc=butter(N,wc,Rp,As,'s')设计并计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数N和3dB截止频率wc;B,A=cheby1(N,Rp,wpo,'ftypr')设计切比雪夫I型滤波器。在课程设计中，共设计了六种滤波器对信号进行滤波：FIR低通，高通，带通滤波器，IIR低通，高通，带通滤波器。通过对原始信号和加噪信号的频谱进行观察，原

9、始语音信号频谱集中在低频段，而随机噪声接近均匀的分布在整个频谱范围内，因此推测选用低通滤波器去噪性能要好于高通和带通滤波器。DSP实验课程设计实验报告(6)对污染信号进行滤波在MATLAB中用FIR和IIR滤波器对加噪信号进行滤波，其中通过利用函数fftfilt用FIR滤波器滤波，通过利用函数filter用IIR滤波器滤波。(7)回放语音信号在MATLAB中，通过用sound函数对语音信号进行回放，用以比较各滤波器的滤波效果。各滤波器设计模块的程序和说明如下：(1) IIR低通滤波器设计y,fs,nbits=wavread('OriSound.wav');%语音信号采集%计算语

10、%产%将Noise添n=length(y);音信号长度Noise=0.2*randn(n,1);生随机噪声信号Noises=y+Noise;DSP实验课程设计实验报告加到原始信号，得到污染信号sS=fft(s);%快速傅里叶变换Ft=8000;Fp=1000;Fs=1200;wp=2*pi*Fp/Ft;ws=2*pi*Fs/Ft;n11,wn11=buttord(wp,ws,1,50,'s');%低通滤波器的阶数和截止频率b11,a11=butter(n11,wn11,'s');%S域频率响应的参数num11,den11=bilinear(b11,a11,0.5

11、);%利用双线性变换实现频率响应S域到Z域的变换z11=filter(num11,den11,s);%滤波sound(z11,fs,nbits);%回放滤波后的信号m11=fft(z11);%滤波后的信号频谱DSP实验课程设计实验报告figure;subplot(2,2,1);%绘出滤波前的信号频谱plot(abs(S),'g');title('滤波前信号的频谱','fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);%绘出滤波后的信号频谱plot(abs(m11),

12、'r');title('滤波后信号的频谱','fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘出滤波前的信号波形plot(s);title('滤波前信号的波形,'fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;subplot(2,2,4);%绘出滤波后的信号波形plot(z11);DSP实验课程设计实验报告title(,滤波后的信号波形','fontweight

13、','bold');axis(00000100000-11);grid;结果如下:可以看出，滤波后将非低频部分的噪声频率滤掉，但还有一些高于原始语音信号的频率没有被去除。DSP实验课程设计实验报告(2) IIR高通滤波器设计y,fs,nbits=wavread('OriSound');%语音信号采集n=length(y);%计算语音信号的长度Noise=0.2*randn(n,1);%产生随机噪声s=y+Noise;%语音信号加入噪声得到加噪信号S=fft(s);%快速傅里叶变换Fp1=1200;Fs1=1000;Ft=8000;wp1=tan(pi*F

14、p1/Ft);ws1=tan(pi*Fs1/Ft);wp=1;ws=wp1*wp/ws1;n13,wn13=cheb1ord(wp,ws,1,50,'s');%模拟的低通滤波器阶数和截止频率b13,a13=cheby1(n13,1,wn13,'s');%S域DSP实验课程设计实验报告的频率响应的参数num,den=lp2hp(b13,a13,wn13);%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换z13=filter(num13,den13,s);sound(z13,fs,nbits)

15、;的信号S域到Z域转%滤波%回放滤波后m13=fft(z13);号频谱figure;subplot(2,2,1);信号频谱%滤波后的信%绘出滤波前的plot(abs(S),'g');title('滤波前信号的频谱,'fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);信号频谱%绘出滤波后的plot(abs(m13),'r');title('滤波后信号的频谱','fontweight','bold');DSP实验课

16、程设计实验报告axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘出滤波前的信号波形plot(s);title('滤波前信号的波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;subplot(2,2,4);%绘出滤波后的信号波形plot(z13);title('滤波后的信号波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;结果如下:DSP实验课程设计实验报告可以看出，滤

17、波后将原始信号绝大部分频谱滤掉，剩下噪声信号，不能采用。(3) IIR带通滤波器设计y,fs,nbits=wavread('OriSound');%计算语语音信号采集n=length(y);音信号的长度DSP实验课程设计实验报告Noise=0.2*randn(n,1);机噪声s=y+Noise;号加噪S=fft(s);里叶变换Ft=8000;Fp=1000;Fs=1200;wp=2*Fp/Ft;ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=50;p=1-10八(-rp/20);带波纹q=10八(-rs/20);fpts=wpws;mag=10;dev=pq;%产生随%语音信%快速傅%通

18、带阻n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev);%由kaiserord求滤波器的阶数和截止频率DSP实验课程设计实验报告b21=fir1(n21,wn21,kaiser(n21+1,beta);%滤波%回放%滤波%绘出滤%设计滤波器z21=fftfilt(b21,s);sound(z21,fs,nbits);滤波后的信号m21=fft(z21);后的信号频谱figure(4);subplot(2,2,1);波前的信号频谱plot(abs(S),'g');title('滤波前信号的频谱','fontweight&

19、#39;,'bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);%绘出滤波后的信号频谱plot(abs(m21),'r');title('滤波后信号的频谱','fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘出滤波前的信号波形DSP实验课程设计实验报告plot(s);title(,滤波前信号的波形','fontweight','bold');axis(00000100

20、000-11);grid;subplot(2,2,4);%绘出滤波后的信号波形plot(z21);title('滤波后的信号波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;结果如下:DSP实验课程设计实验报告可以看出，大部分噪声被去除，与低通IIR滤波器的效果差不多，稍好于低通。(4) FIR低通滤波器y,fs,nbits=wavread('OriSound');%计算语语音信号采集n=length(y);音信号的长度DSP实验课程设计实验报告Noise=0.2*randn(n

21、,1);%产生随机噪声s=y+Noise;%语音信号加噪S=fft(s);%快速傅里叶变换Ft=8000;Fp=1000;Fs=1200;wp=2*Fp/Ft;ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=50;p=1-10八(-rp/20);%通带阻带波纹q=10八(-rs/20);fpts=wpws;mag=10;dev=pq;n21,wn21,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev);%由kaiserord求滤波器的阶数和截止频率DSP实验课程设计实验报告b21=fir1(n21,wn21,kaiser(n21+1,beta);%由fir1设计滤波器z21=fftfi

22、lt(b21,s);%滤波sound(z21,fs,nbits);%回放滤波后的信号m21=fft(z21);%滤波后的信号频谱figure(4);subplot(2,2,1);%绘出滤波前的信号频谱plot(abs(S),'g');title(,滤波前信号的频谱','fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);%绘出滤波后的信号频谱plot(abs(m21),'r');title('滤波后信号的频谱','fontweight&

23、#39;,'bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘出滤波前DSP实验课程设计实验报告的信号波形plot(s);title(,滤波前信号的波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;subplot(2,2,4);%绘出滤波后的信号波形plot(z21);title('滤波后的信号波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;结

24、果如下：DSP实验课程设计实验报告可以看出：大部分的噪声频率被滤除，几乎完整的保留了原始信号的频谱，滤波效果最好，但是由于在低频部分仍然有随机信号的干扰，所以回放信号较原始信号音质稍差。(5) FIR高通滤波器y,fs,nbits=wavread('OriSound');%语音信号采集DSP实验课程设计实验报告n=length(y);语音信号的长度Noise=0.2*randn(n,1);随机噪声s=y+Noise;号加噪S=fft(s);傅里叶变换Ft=8000;Fp=4000;Fs=3500;wp=2*Fp/Ft;ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=50;p=1-10八(

25、-rp/20);带波纹%计算%产生%语音信%快速%通带阻q=10八(-rs/20);fpts=wswp;mag=01;dev=pq;n23,wn23,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,devDSP实验课程设计实验报告);b23=fir1(n23,wn23,'high',kaiser(n23+1,beta);%由fir1设计滤波器z23=fftfilt(b23,s);%滤波sound(z23,fs,nbits);%回放滤波后的信号m23=fft(z23);%滤波后的信号频谱figure;subplot(2,2,1);%绘出滤波前的信号频谱plot(abs

26、(S),'g');title(,滤波前信号的频谱,'fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);%绘出滤波后的信号频谱plot(abs(m23),'r');title(,滤波后信号的频谱,'fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘出滤波前DSP实验课程设计实验报告的信号波形plot(s);title(,滤波前信号的波形','fontw

27、eight','bold');axis(00000100000-11);grid;subplot(2,2,4);%绘出滤波后的信号波形plot(z23);title('滤波后的信号波形','fontweight','bold');axis(00000100000-11);grid;结果如下：DSP实验课程设计实验报告可以看到，滤波后只剩部分高频噪声频率，原始语音信号频率被滤除，因此无法恢复语音信号。(6) FIR带通滤波器y,fs,nbits=wavread('OriSound');%语音信号采集n=len

28、gth(y);%计算语音信号的长度DSP实验课程设计实验报告Noise=0.2*randn(n,1);%产生随机噪声s=y+Noise;%语音信号加噪S=fft(s);%快速傅里叶变换Fp1=1200;Fp2=3000;Fs1=1000;Fs2=3200;Ft=2200;wp1=tan(pi*Fp1/Ft);%带通到低通滤波器参数转换wp2=tan(pi*Fp2/Ft);ws1=tan(pi*Fs1/Ft);ws2=tan(pi*Fs2/Ft);w=wp1*wp2/ws2;bw=wp2-wp1;wp=1;ws=(wp*wp2-w.A2)/(bw*w);n22,wn22=buttord(wp,w

29、s,1,50,'s');%低通滤波器阶数和截止频率DSP实验课程设计实验报告b22,a22=butter(n22,wn22,'s');%S域的频率响应的参数z22=fftfilt(b22,s);%滤波sound(z22,fs,nbits);%回放滤波后的信号m22=fft(z22);%滤波后的信号频谱figure;subplot(2,2,1);%绘出滤波前的信号频谱plot(abs(S),'g');title(,滤波前信号的频谱,'fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,2);%绘出滤波后的信号频谱plot(abs(m22),'r');title(,滤波后信号的频谱,'fontweight','bold');axis(08000004000);grid;subplot(2,2,3);%绘