基于MATLAB的语音信号分析与处理系统的设计

数字信号处理大作业基于MATLAB的语音信号分析与处理系统的设计班级：物联网1401学号：姓名：zkMATLABPAGEPAGE13目录一、设计目的 3二、设计内容及要求 3设计内容 3设计要求 3三、详细设计过程 4语音信号的采集 4原始语音信号的时域频域分析 4原始语音信号加噪 5设计滤波器 6MATLAB语音信号处理界面设计 8利用C语言得出声音带宽 四、调试结果 12五、结论 12参考文献 13一、设计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结论，再利用MATLABC从而加深对所学知识的理解，建立概念。二、设计内容及要求设计内容①录制一段自己的语音信号（1401号进行采样。②画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。③给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应。波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化，回放语音信号。⑤用MATLAB设计一信号处理系统界面。CFFT（1024出自己声带的带宽。设计要求①学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。②掌握在Windows环境下语音信号采集的方法。③掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。④掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。⑤学会用MATLAB对信号进行分析和处理。⑥学会用C语言进行FFT程序的编写和算法效果的仿真。三、详细设计过程语音信号的采集PCWindows操作系统实现语音信号的的采集。打开“开始”菜单，选择“程序\附件\娱乐\WindowsD:\中。文件存储器的后缀默认为.wavWindows操作系统规定的声音文件存的标准。原始语音信号的时域频域分析利用MATLAB中的“audioread”命令来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。再对其进行采样，记住采样频率和采样点数。根据help文档，下面介绍audioread函数三种调用格式。（1）[y,Fs]=audioread(filename)从指定filename，文件中读取数据并返回采样数据，y和对于该数据，Fs的采样率。（2）[y,Fs]=audioread(filename,samples)。读取所选的范围的音频采样在文件中，samples在哪里一个向量形式[start,finish]。（3）[y,Fs]=audioread( ,dataType)返回采样数据在数据范围对应dataType的'native'或'double'，及可以在以前的语法中包含的任何输入参数。对zhangkun.wav进行采样，选用方式（1）。程序如下：Fs=16000;[x,Fs]=audioread('D:\ai.wav');然后，画出语音信号的时域波形，再对语音信号进行频谱分析。MATLABFFTDFTfft,其调用格式如下：y=fft(x,N);xnNDFTNxn的长度时，fftxnNxn，fftxn的前N个元素，忽略其后面的元素。fft号的频谱特性。其程序如下：figure(1)subplot(2,1,1)plot(x,'b');title('原始语音信号的时域波形')N=length(x);n=0:N-1;q=n*2^pi/N;y=fft(x,N);subplot(2,1,2)plot(q/pi,abs(y),'b');title('原始语音信号频谱分析')%sound(x,Fs)

图1原始信号波形及频谱由于条件有限，找不到适当频率的噪声源，所以采用白噪声。MATLABrandnrandnrandn（m,n）,n×nm×nrandn（m,n）函数。语音信号添加噪声及其频谱分析的主要程序如下：Noise=zeros(N,2);Noise=0.01*randn(N,2);figure(2)plot(Si,'b');title('原始语音信号加噪时域波形');sound(Si);S=fft(Si);subplot(2,1,2)plot(q/pi,abs(S),'b')title('原始语音信号加噪频谱分析');程序结果如下图：

图2语音信号添加噪声及其频谱分析用窗函数法设计FIR滤波器的步骤如下：根据对阻带衰减及过渡带的指标要求，选择串窗数类型（矩形窗、三角窗、汉宁窗、哈明窗、凯塞窗等），N窗函数类型。原则是在保证阻带衰减满足要求的情况下，尽量选择主瓣的窗函数。构造希望逼近的频率响应函数。计算h(n)。加窗得到设计结果。MATLAB信号处理工具箱提供了两个函数进行FIR数字滤波器的设计，分别为fir1和fir2FIR函数设计kaiser凯塞窗低通滤波器，fir1调用格式如下：b=fir1(n,Wn,window);参数window用来制定所用的窗函数的类型，其长度为n+1。默认时自动认为window为汉宁窗。在这里window应为kaiser根据语音信号的特点给出低通滤波器的技术指标设计低通滤波器指标为：fp=700Hz，fs=800Hz，fc=滤波器程序如下：fp=700;fs=800;rs=40;

fp+fs=604Hz，,Ap=1dB,As=30dB,采样频率16000Hz。2πwp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;Bt=ws-wp;alph=0.5842*(rs-21)^0.4+0.07886*(rs-21);M=ceil((rs-8)/2.285/Bt);wc=(wp+ws)/2/pi;hn=fir1(M,wc,kaiser(M+1,alph));凯塞窗滤波器频率响应图如下：图3凯塞窗滤波器频率响应滤波前后语音信号时域波形对比：图4滤波前后语音信号时域波形对比滤波前后语音信号频谱图对比：图5滤波前后语音信号频谱图对比滤波前后声音回放结果发现噪声被滤除还原之前没有噪声污染的语音信号。MATLAB语音信号处理界面设计MATLABGUI开发环境，图形用户界面（graphical则是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对(objects)（如鼠标或键盘MATLAB中GUIGUI开发者提供一个方便高效的集成开发环境GUIDEGUIDE主要将所有GUI图6语音信号处理界面界面功能介绍：运行结果如下：图7原始信号GUI界面显示运行结果如下：图8滤波后信号GUI界面显示凯塞窗滤波器频率响应曲线显示。运行结果如下所示：图9凯塞窗频率响应曲线退出语音处理系统界面。C语言得出声音带宽VC++6.0FFTCMATLABFFT图10C语言8点FFT结果图图11MATLAB8点FFT结果图MATLAB1024CFFT换后的对变换后幅值的分析得出自己的声音带宽。运行结果如下图所示：图10声音带宽结果图四、调试结果结果调试结果如下图所示：

图11功能调试结果图MATLAB。通过MATLAB在处理过程中自己学会了通过MATLAB对语音信号进行采样和利用MATLA