2022年基于matlab的语音信号滤波处理课程设计报告.docx
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1、精品学习资源信息工程学院2021/ 2021 学年第一学期课程设计报告课程名称:基于 MA TLAB 地语音信号滤波处理班级 学 号 统本通信学 生姓名 XXXXXX指 导教师 XXX西安欧亚学院数字信号处理课程设计任务书同学姓名李虎学号12520424151053专业通信工程班级1202同学姓名何荣涛学号12610902150692专业通信工程班级1202欢迎下载精品学习资源指导老师魏雯婷设计题目基于 matlab 地语音信号滤波处理欢迎下载精品学习资源一、 课程设计目地1、 学会 MATLAB地使用,把握 MA TLAB地程序设计方法;2、 把握在 Windows 环境下语音信号采集地方法
2、;3、 把握数字信号处理地基本概念、基本理论和基本方法;4、 把握 MATLAB设计 FIR 、IIR 数字滤波器地方法;5、 学会用 MA TLAB对信号进行分析和处理 .二、 课程设计平台运算机、 MATLAB6.5以上三、 课程设计任务课本课程地主要任务是语音信号地采集与处理,包括语音信号地采集、语音信号时域频域程分析、设计滤波器并对语音信号进行处理等内容.内设在熟识数字信号处理课程理论地基础上,通过MA TLAB仿真实现语音信号地采集与处计理,进一步加深对数字信号处理理论和技术地把握.及容四、 课程设计讨论内容基1、 语音信号地采集;本2、 语音信号地频谱分析; 要求3、 语音信号加噪
3、与频谱分析4、 设计数字滤波器滤除噪声;5、 验证滤波器地滤波成效并回放滤波后地语音信号.五、 课程设计要求1、 利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料,深化懂得课题含义及设计要求, 留意材料收集与整理;2、 以分组地势式完成,每组二至三人;3、 每组地设计成果通过验收后,以答辩、设计报告两种形式出现;4、 在答辩环节中,需以PPT 形式展现;5、 每组录制地语音信号不得相同;6、 每组需依据语音信号地特点挑选滤波器及其参数.欢迎下载精品学习资源基于 matlab 地语音信号滤波处理摘要:本课程设计地主要目地是在MATLAB环境下,使用窗口设计法设计一个滤波器,并对语 音信号进行滤波去噪.
4、开发平台为MA TLAB ,设计方法为窗口设计法.用麦克风采集一段语音信号,绘制波形并观看其频谱,给定相应技术指标,用凯塞窗设计一个满意指标地FIR 滤波器, 对该语音信号进行滤波去噪处理,比较滤波前后地波形和频谱并进行分析.在滤波前后语音信号波形地变化中,由于我们录制地语音信号噪声不大,所以观看并不明显,但在频域波形中,我们可以明显地看到设计地滤波器对语音信号进行了滤波处理,将噪声进行了滤除.此次滤波基本达到了要求,完成了设计指标.关键词:滤波去噪;FIR滤波器;凯塞窗;MA TLAB欢迎下载精品学习资源目录1 课程设计讨论内容11.1 课程设计讨论内容11.2 课程设计步骤及流程图11.3
5、 课程设计要求 22 设计原理 32.1 MA TLAB简介 32.2 滤波器 33 设计与实现过程 33.1 实现方法 33.1.1 FIR 滤波器 33.1.2 窗口设计法 43.1.3 凯塞窗 43.2 设计过程 43.2.1 录制语音信号43.2.2 对原信号加入噪声53.2.2 滤波器地设计 73.2.2 信号地滤波处理 83.3 仿真结果与分析 104 调试问题与解决方案10 5 总结与展望 10致谢 11参考文献 12附录 13附录 1. 滤波器脉冲响应源程序13附录 2. 抱负低通滤波器运算源程序14欢迎下载精品学习资源1 课程设计讨论内容1.1 课程设计讨论内容1. 语音信号
6、地采集在 Windows 下录制一段格式为.wav 地语音,利用函数wavread 对语音信号进行采样 .2. 语音信号地频谱分析用 MA TLAB程序对原始语音信号进行采样、频谱分析,并绘制出采样后语言信号时域波形图和频谱图,并针对此图分析语音信号特点.3. 语音信号加噪与频谱分析利用 MATLAB程序产生信号噪声,并加入到语音信号中,仿照语音信号被污染,并对其频谱分析,与原始语音信号进行对比,分析差异.4. 设计数字滤波器依据语音信号地特点,设计数字滤波器,对加噪后地语音信号进行滤波处理.5. 验证滤波器地滤波成效对滤波后地语音信号进行时域、频域分析,并将滤波前后地时域波形、频谱波形进行相
7、比较,分析信号地变化,从而验证所设计滤波器地滤波成效是否达到了滤除高频噪音、保留低频原始语音信号地目地 .6. 回放语音信号利用函数 sound 对滤波后语音信号进行回放.1.2 课程设计步骤及流程图设计本课题地流程为:采集一段语音信号.将语音信号地文件名命名为input18.wav ,再用MATLAB中地 wavread 函数求出语音信号地三个参数,分别为:每个样本地值,生成该语音波形文件时地采样频率,波形文件样本地码数,再对信号及加入单频干扰后地语音信号做傅立叶变化,绘制出时域和频域地波形. 最终通过滤波绘制滤波前后时域波形对比图和幅频特性对比图,并回放滤波前后地语音信号来验证是否达到去噪
8、地目地.课程地设计流程图如图1-1 所示:开头欢迎下载精品学习资源在 Windows下录制一段格式为 wav 地语音利用函数 wavread 对语音信号进行采对原始信号进行频谱析,绘制出时域和频域图加入单一频率噪声利用函数 sound 对加噪声地语音信号进行回放画出频率响应函数设计滤波器对加噪声地语音信号进行频谱分析,绘制出时域和频域地图形用滤波器对语言信号进行画出语音信号滤波前后频谱波形并进行分析利用函数 sound 对滤波后语音信号进行回放终止图 1-1 设计流程图1.3 课程设计要求欢迎下载精品学习资源1. 利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料,深化懂得课题含义及设计要求,留意材料
9、收集与整理;2. 以分组地势式完成,每组二至三人;3. 每组地设计成果通过验收后,以答辩、设计报告两种形式出现;4. 在答辩环节中,需以PPT 形式展现;5. 每组录制地语音信号不得相同;2 设计原理2.1 MATLAB 简介MATLAB是一个为科学和工程运算特地设计地交互式大型软件,是一个可以完成各种精确 运算和数据处理地,可视化地,强大地运算工具.它具有丰富地函数资源和工具箱资源,语言精练,代码敏捷,面对对象,掌握功能优良,图形工能也强大.并且它地兼容性很好,几乎能在所 有地 PC 机和大型运算机上运行,适用于Windows , UNIX和多种系统平台 .MATLAB形形色色地工具箱中包括
10、掌握系统,信号处理,小波分析,统计,优化等,能够很好地运用于语音信号地滤波去噪 .2.2 滤波器数字滤波器在数字信号处理地各种应用中发挥着非常重要地作用 .它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到滤波地目地 .FIR 数字滤波器设计地方法有三类,一类是窗口设计法(时间窗口法),其次类是频率采样法,第三类是等波纹优化设计 .时间窗口设计法是从单位脉冲响应序列着手,使 hn靠近抱负地单位脉冲响应序列 hdn;频率采样法是使所设计地 FIR 数字滤波器地频率特性某些离散频率点上地值精确地等于所需滤波器在这些频率点处地值,在其它频率处地特性就有较好地靠近 .等波纹优化设计也叫正确一样靠近准就,正确
11、一样靠近即挑选N 个频率采样值(或时域 hn 值),在给定频带范畴内使频响地最大靠近误差达到最小 .可保证局部频率点地性能也是最优地,误差分布匀称,相同指标下,可用最少地阶数达到正确化.本次课程设计采纳地就是窗口设计法 .3 设计与实现过程3.1 实现方法3.1.1 FIR 滤波器数字滤波器 DigitalFilter ,简称为 DF是指用来对输入信号进行滤波地硬件和软件. 所谓数字滤波器,是指输入、输出均为数字信号,通过肯定运算关系转变输入信号所含频率成分地器欢迎下载精品学习资源件.数字滤波器和模拟滤波器相比,由于信号地势式和实现滤波地方法不同,数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳固、体积小
12、、重量轻、敏捷、不要求阻抗匹配等优点.一般用两种方法来实现数字滤波器:一是采纳通用运算机,把滤波器所要完成地运算编成程序通过运算机来执行,也就是采纳运算机软件来实现;二是采纳实际专用地数字处理硬件.数字滤波器依据冲激响应地时域特性可分为:无限长单位冲响应滤波器(IIR )和有限长单位冲击响应滤波器(FIR ),但与 IIR 相比,在满意同样阻带衰减地情形下需要地阶数较高,滤波器地阶数越高,占用地运算时间就越多,因此在满意指标要求地情形下应尽量削减滤波器地阶数.FIR 滤波器地基本结构可以懂得为一个分节地延时线,把每一节地输出加权累加,可得到滤波器地输出, FIR 滤波器地冲激响应hn 是有限长
13、地,数学M 阶 FIR 滤波器可以表示为:欢迎下载精品学习资源在此处键入公式N - 1(3-1)欢迎下载精品学习资源yn = . Nh-1i xn - i欢迎下载精品学习资源H z = .i =0n =0hn zn( 3-2)欢迎下载精品学习资源3.1.2 窗口设计法窗口设计法地基本思想是要选取某一种合适地抱负频率挑选性滤波器(这种滤波器总是有一个非因果,无限长地脉冲响应),然后将它地脉冲响应截断(或加窗)以得到一个线性相位和因果地 FIR 滤波器 .3.1.3 凯塞窗窗函数地主瓣宽度和旁瓣峰值衰耗是冲突地,一项指标地提高总是以另一项指标地下降为代价,窗口挑选实际上是对两项指标作权衡.而两项指
14、标是跳变地,于是有人提出可调整窗,适当修改参数,可在这两项指标间作连续地挑选.常用地可调整窗是凯塞(Kaiser )窗 .凯塞( Kaiser)窗全面地反映主瓣与旁瓣衰减之间地交换关系,可以在它们两者之间自由地挑选它们地比重 .凯塞窗地表达式是:欢迎下载精品学习资源wn= I b1- 2n- 12 / I b 0 nN- 13-3欢迎下载精品学习资源00N - 1欢迎下载精品学习资源式中,I 0 . 是第一类修正地零阶贝塞尔函数,可以用级数绽开来运算它地值.欢迎下载精品学习资源3.2 设计过程3.2.1 录制语音信号用 windows工具中地录音机录制一段语音信号,语音为“请鞭挞我吧,公瑾!”
15、,时间长度约为 2s.将语音信号地文件名设置为input18.wav ,并将文件储存在MA TLAB下地 WOK 文件夹欢迎下载精品学习资源里面 .然后在 MA TLAB平台上,用 wavread 函数调出此语音信号,并得到其采样率fs 和比特数bits.x,fs,bits=wavreadinput18.wav; % 输入参数为文件地全路径和文件名,输出地第一个参数是信号地样本值, fs 是生成该波形文件时地采样率,bits 是波形文件每样本地编码位数.soundx,fs,bits ; % 按指定地采样率和每样本编码位数回放录音x=x:,2 ;N=lengthx ; % 运算信号 x 地长度f
16、n=1000 ;% 单频噪声频率t=0:1/fs:N-1/fs ; % 运算时间范畴,样本数除以采样频率x=x ;y=x+0.1.*sinfn*2*pi*t;%y 为加入单频干扰信号后地语音soundy,fs,bits ;在 MA TLAB平台上,用 plot 函数画出原始语音信号,如图3-1 所示:图 3-13.2.2 对原信号加入噪声在 MATLAB平台上,对原始信号和加噪信号进行fft 变换 ,取幅度谱 ,并对频谱进行分析.详细实现如下:x,fs,bits=wavreadinput18.wav; % 输入参数为文件地全路径和文件名,输出地第一个参数是信号地样本值, fs 是生成该波形文件
17、时地采样率,bits 是波形文件每样本地编码位数. soundx,fs,bits ; % 按指定地采样率和每样本编码位数回放录音x=x:,2 ;欢迎下载精品学习资源N=lengthx ; % 运算信号 x 地长度fn=1000 ;% 单频噪声频率t=0:1/fs:N-1/fs ; % 运算时间范畴,样本数除以采样频率x=x ;y=x+0.1.*sinfn*2*pi*t;%y 为加入单频干扰信号后地语音soundy,fs,bits ;% 对加噪信号进行回放X=absfftx ;% 对原始信号进行 fft 变换 ,取幅度谱Y=absffty ; % 对加噪后信号进行fft 变换 ,取幅度谱X=X1
18、:N/2 ; Y=Y1:N/2 ;% 截取前半部分deltaf=fs/N ;% 运算频谱地谱线间隔f=0:deltaf:fs/2-deltaf ;% 运算频谱频率范畴subplot2,2,1 ;plott,x ; axis0 1 -1 1 ; grid on ; %画原始语音信号地时域图xlabel 时间 s ;ylabel 幅度 ;title 原始语音信号 ;subplot2,2,2 ;plotf,X ; axis0 4000 0 1500 ; grid on ; % 画原始语音信号幅度谱图xlabel 频率 Hz ;ylabel 幅度谱 ;title 语音信号幅度谱图; subplot2,
19、2,3 ;plott,y ; axis0 1 -1 1 ; grid on ; % 画加噪语音信号地时域图xlabel 时间 s ;ylabel 幅度 ;title 加入单频干扰后地语音信号;subplot2,2,4 ;plotf,Y ; axis0 4000 0 1500 ; grid on ; % 画加噪语音信号幅度谱图xlabel 频率 Hz ;ylabel 幅度谱 ;title 加入干扰后地语音信号幅度谱图;在 MA TLAB上运行结果如图 3-2 所示:欢迎下载精品学习资源欢迎下载精品学习资源原 始 语 音 信 号11500语 音 信 号 幅 度 谱 图欢迎下载精品学习资源欢迎下载精
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