《课程设计（论文）-基于MATLAB的语音信号的时、频域分析课程设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计（论文）-基于MATLAB的语音信号的时、频域分析课程设计（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书1摘要用 MATLAB 对于语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，在 MATLAB 软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。本次设计介绍了基于 MATLAB 的对语音信号的采集，处理及滤波器的设计，并使之实现的过程。关键词：MATLAB;语音信号；滤波器；加噪；除噪郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书2目 录摘要 .11 设计原理 .11.1 理论原理 .11.1.1 采样频率 .11.1.2 采样位数 .11.1.3 采样定理 .11.1.4 时域信号的
2、FFT 分析 .21.1.5 数字信号的滤波器原理和方法 .21.1.6 各种不同类型滤波器的性能比较 .31.1.7 离散傅立叶变换 .32 信号采 集及读取 .43 构造受干扰信号并对其进行 FFT 频谱分析.64 数字滤波器设计 .84.1 用窗函数法设计 IIR 带通滤波器 .84.2 用窗函数法设计 FIR 低通滤波器 .105 信号处理 .125.1 IIR 带通滤波 .125.2 FIR 低通滤波 .146 心得体会 .167 参考文献： .16郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书3郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书11 设计原理1.1 理论原理1.1.1 采样
3、频率也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采 样 频率 只 能 用 于 周 期 性 采 样 的 采 样 器 ， 对 于 非 周 期 性 采 样 的 采 样 器没 有 规 则 限 制 。 通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采 样 频 率 越 高 ， 即 采 样 的 间 隔 时 间 越 短 ， 则 在单 位 时 间 内 计 算 机 得 到 的 声 音 样 本 数 据 就 越 多 ， 对 声 音 波 形 的表 示 也 越 精 确 。1.1.2 采样位数即采样值或
4、取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。1.1.3 采样定理在 进 行 模 拟 /数 字 信 号 的 转 换 过 程 中 ， 当 采 样 频 率fs.max 大 于 信 号 中 最 高 频 率 fmax 的 2 倍 时 (fs.max=2fmax)，采 样 之 后 的 数 字 信 号 完 整 地 保 留 了 原 始 信 号 中 的 信 息 ， 一 般 实际 应 用 中 保 证 采 样 频 率 为 信 号 最 高 频 率 的 5 10 倍 ； 采 样 定理 又 称 奈 奎 斯 特 定 理 。郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书21
5、.1.4 时域信号的 FFT 分析信 号 的 频 谱 分 析 就 是 计 算 信 号 的 傅 立 叶 变 换 。 连 续 信 号 与系 统 的 傅 立 叶 分 析 显 然 不 便 于 用 计 算 机 进 行 计 算 ， 使 其 应 用 受到 限 制 。 而 FFT 是 一 种 时 域 和 频 域 均 离 散 化 的 变 换 ， 适 合 数值 运 算 ， 成 为 用 计 算 机 分 析 离 散 信 号 和 系 统 的 有 力 工 具 。 对 连续 信 号 和 系 统 ， 可 以 通 过 时 域 采 样 ， 应 用 DFT 进 行 近 似 谱 分析 。1.1.5 数字信号的滤波器原理和方法IIR
6、数 字 滤 波 器 系 统 函 数 ：H(z)= （ 1.1）NkkMjrza10b其 中 H(z)称 为 N 阶 IIR 数 字 滤 波 器 系 统 函 数 。 IIR 滤 波器 设 计 方 法 有 间 接 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 步 骤 是 ： 先 设 计 过 度 模 拟 滤 波 器 得 到 系 统 函数 Ha(s)， 然 后 将 Ha（ s） 按 某 种 方 法 转 换 成 数 字 滤 波 器 的 系统 函 数 H(z)。利 用 有 限 脉 冲 响 应 (FIR)设 计 滤 波 器 。 有 限 脉 冲 响
7、应 滤 波器 在 保 证 幅 度 特 性 满 足 技 术 要 求 的 同 时 ， 很 容 易 做 到 有 严 格 的线 性 相 位 特 性 。 用 N 表 示 FIR 滤 波 器 单 位 脉 冲 响 应 h(n)的 长度 ， 其 系 统 函 数 H（ z） 为郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书310)()(NnnzhzH（ 1.2）H（ z） 是 z-1 的 N-1 次 多 项 式 ， 它 在 z 平 面 上 有 N-1 个 零点 ， 在 原 点 z=0 处 有 一 个 N-1 重 极 点 。 因 此 ， H(z)永 远 稳 定 。稳 定 和 线 性 相 位 是 FIR 滤 波 器
8、最 突 出 的 优 点 。1.1.6 各种不同类型滤波器的性能比较巴 特 沃 斯 滤 波 器 具 有 单 调 下 降 的 幅 频 特 性 ； 切 比 雪 夫 滤 波器 的 幅 频 特 性 在 通 带 或 阻 带 有 波 纹 特 性 ， 可 以 提 高 选 择 性 ； 贝塞 尔 滤 波 器 通 带 内 有 较 好 的 线 性 相 位 特 性 ； 椭 圆 滤 波 器 的 选 择性 相 对 前 三 种 是 最 好 的 ， 但 通 带 和 阻 带 内 均 呈 现 等 波 纹 幅 频 特性 ， 线 性 特 性 的 非 线 性 稍 重 。IIR 数 字 滤 波 器 最 大 的 优 点 是 给 定 一 组
9、指 标 时 ， 它 的 阶 数要 比 相 同 组 的 FIR 滤 波 器 低 得 多 。 IIR 数 字 滤 波 器 的 设 计 方法 是 利 用 模 拟 滤 波 器 成 熟 的 理 论 及 设 计 图 进 行 的 ， 因 而 保 留 了一 些 典 型 模 拟 滤 波 器 优 良 的 幅 度 特 性 。 但 设 计 中 只 考 虑 了 幅 度特 性 ， 没 考 虑 相 位 特 性 ， 所 设 计 的 滤 波 器 一 般 是 某 种 确 定 的 非线 性 相 位 特 性 。 为 了 得 到 线 性 相 位 特 性 ， 对 IIR 滤 波 器 必 须另 外 增 加 相 位 校 正 网 络 。 FI
10、R 滤 波 器 在 保 证 幅 度 特 性 满 足 技术 要 求 的 同 时 ， 很 容 易 做 到 有 严 格 的 线 性 相 位 特 性 。 稳 定 和 线性 相 位 是 FIR 滤 波 器 最 突 出 的 优 点 。1.1.7 离散傅立叶变换1.310)()()(NnknWxDFTkX郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书4其 中 ,N 为 DFT 变 换 的 区 间 长 度 。jeW22 信号采集及读取用 录 音 工 具 录 一 段 自 己 的 声 音 ， 转 化 为 wav 格 式 的 文 件 ，然 后 保 存 到 MATLAB 的 文 件 夹 下 的 work 文 件 夹 中
11、 。 在 MATLAB软 件 平 台 下 ， 利 用 wavread 函 数 对 语 音 信 号 进 行 采 样 ， 记 住采 样 频 率 和 采 样 点 数 。Wavread 函 数 调 用 格 式 ：y=wavread(file),读 取 file 所 规 定 的 wav 文 件 ， 返 回 采样 值 放 在 向 量 y 中 。y,fs,nbits=wavread(1.wav)；把语音信号进行载MATLAB 仿真软件平台中，采样值放在向量 y 中，fs 表示采样频率（hz），nbits 表示采样位数。sound（y,fs,nbits）；回放语音信号N=length(y)；求出语音信号的长度
12、Y=fft(y,N)；傅立叶变换调用函数 y 为被变换的时域系列向量，N 是 DFT 变换区间长度，当 N 大于 y 的长度时，fft 函数自动在 y 后面补零，函数返回 y 的 N 点 DFT 变换结果向量 Y。当 N 小于 y 的长度时，fft 函数计算 y 的前面 N 个元素构成的 N 点 DFT，忽略 y 后面的元素。首先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 MATLAB 中利用 fft 对新号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性。subplot(2,1,1);plot(y);title(原始信号波形);郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书5subplot(2,1,2);plot(abs(Y);ti
