基于MATLAB有噪声语音信号的处理Word文档下载推荐.doc
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课题
名称
基于MATLAB有噪声语音信号的处理
设计
目的
1.巩固所学的数字信号处理理论知识，理解信号的采集、处理、传输、显示和存储过程；
2.综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；
3.学习资料的收集与整理，学会撰写课程设计报告。
实验
环境
1.微型电子计算机（PC）；
2.安装Windows2000以上操作系统，MATLAB等开发工具。
任务
要求
1.选择一个语音信号作为分析的对象，或录制一段各人自己的语音信号，对其进行频谱分析；
利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析；
设计FIR和IIR数字滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号。
最后，设计一个信号处理系统界面。
2.利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及设计要求，注意材料收集与整理；
3.在第15周末之前完成预设计，并请指导教师审查，通过后方可进行下一步工作；
4.结束后，及时提交设计报告（含纸质稿、电子稿），要求格式规范、内容完整、结论正确，正文字数不少于3000字（不含代码）。
工作进度计划
序号
起止日期
工作内容
1
2009.12.14~2009.12.14
在预设计的基础上，进一步查阅资料，完善设计方案。
2
2009.12.14~2009.12.17
设计总体方案，构建、绘制流程框图，编写代码，上机调试。
3
2009.12.17~2009.12.18
测试程序，完善功能，撰写设计报告。
4
2009.12.18
参加答辩，根据教师反馈意见，修改、完善设计报告。
指导教师（签章）：
年月日
摘要
滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。
利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。
课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。
通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现。
在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。
通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。
关键词 数字滤波器MATLAB窗函数法巴特沃斯切比雪夫双线性变换
目录
1绪论 1
2课程设计内容 2
3课程设计的具体实现 2
3.1语音信号的采集 2
3.2语音信号的时频分析 2
3.3语音信号加噪与频谱分析 4
3.4设计FIR和IIR数字滤波器 5
3.5用滤波器对加噪语音信号进行滤波 12
3.6比较滤波前后语音信号的波形及频谱 12
3.7回放语音信号 19
3.8设计系统界面 19
3.9小结 21
结论 22
致谢 23
参考文献 24
1绪论
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。
它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。
具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。
数字滤波器,是数字信号处理中及其重要的一部分。
随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。
数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。
数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应（FIR，FiniteImpulseResponse）滤波器和无限冲激响应（IIR，InfiniteImpulseResponse）滤波器。
FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H（z）在处收敛，极点全部在z=0处（因果系统），因而只能用较高的阶数达到高的选择性。
FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低，但是线性相位，就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。
FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。
FIR滤波器因具有系统稳定，易实现相位控制，允许设计多通带（或多阻带）滤波器等优点收到人们的青睐。
IIR滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。
IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。
同时，IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，在设计一个IIR数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。
滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。
随着MATLAB软件及信号处理工具箱的不断完善，MATLAB很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件。
它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。
2课程设计内容
选择一个语音信号作为分析的对象，或录制一段各人自己的语音信号，对其进行频谱分析；
设计FIR和IIR数字滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号；
在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型。
3课程设计的具体实现
3.1语音信号的采集
利用PC机上的声卡和WINDOWS操作系统可以进行数字信号的采集。
将话筒输入计算机的语音输入插口上,启动录音机。
按下录音按钮,接着对话筒说话“语音信号处理”,说完后停止录音,屏幕左侧将显示所录声音的长度。
点击放音按钮,可以实现所录音的重现。
以文件名“speech”保存入g:
\MATLAB\work中。
可以看到,文件存储器的后缀默认为.wav,这是WINDOWS操作系统规定的声音文件存的标准。
3.2语音信号的时频分析
利用MATLAB中的“wavread”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。
下面介绍Wavread函数几种调用格式。
（1）y=wavread（file）
功能说明：
读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。
（2）[y,fs,nbits]=wavread（file）
采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），nbits表示采样位数。
（3）y=wavread（file，N）
读取钱N点的采样值放在向量y中。
（4）y=wavread（file，[N1,N2]）
读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。
接下来，对语音信号OriSound.wav进行采样。
其程序如下：
>
[y,fs,nbits]=wavered（‘OriSound’）;
%把语音信号加载入Matlab仿真软件平台中
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。
MATLAB提供了快速傅里叶变换算法FFT计算DFT的函数fft,其调用格式如下：
Xk=fft（xn,N）
参数xn为被变换的时域序列向量，N是DFT变换区间长度，当N大于xn的长度时，fft函数自动在xn后面补零。
，当N小于xn的长度时，fft函数计算xn的前N个元素，忽略其后面的元素。
在本次设计中，我们利用fft对语音信号进行快速傅里叶变换，就可以得到信号的频谱特性。
[y,fs,nbits]=wavread（'
OriSound'
）;
sound（y,fs,nbits）;
%回放语音信号
N=length（y）;
%求出语音信号的长度
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））;
原始信号频谱'
）
程序结果如下图：
图1原始信号波形及频谱
3.3语音信号加噪与频谱分析
MATLAB中产生高斯白噪声非常方便，有两个产生高斯白噪声的两个函数。
我们可以直接应用两个函数：
一个是WGN，另一个是AWGN。
WGN用于产生高斯白噪声，AWGN则用于在某一信号中加入高斯白噪声。
也可直接用randn函数产生高斯分布序列。
在本次课程设计中，我们是利用MATLAB中的随机函数（rand或randn）产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其频谱分析。
Randn函数有两种基本调用格式：
Randn（n）和Randn（m,n）,前者产生n×
n服从标准高斯分布的随机数矩阵，后者产生m×
n的随机数矩阵。
在这里，我们选用Randn（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：
OriSound）;
N=length（y）;
%求出语音信号的长度
Noise=0.01*randn（n,2）;
%随机函数产生噪声
Si=y+Noise;
%语音信号加入噪声
sound（Si）;
plot（Si）;
加噪语音信号的时域波形'
S=fft（Si）;
%傅里叶变换
plot（abs（S））;
加噪语音信号的频域波形'
图2加噪后的波形及频谱分析
3.4设计FIR和IIR数字滤波器
IIR滤波器和FIR滤波器的设计方法完全不同。
IIR滤波器设计方法有间接法和直接法，间接法是借助于模拟滤波器的设计方法进行的。
其设计步骤是：
先设计过渡模拟滤波器得到系统函数H（s），然后将H（s）按某种方法转换成数字滤波器的系统函数H（z）。
FIR滤波器比鞥采用间接法，常用的方法有窗
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