1、 1 数字信号处理 课程设计报告课程设计报告 用用 MATLAB 对语音信号进行分析及处理对语音信号进行分析及处理 2 摘要摘要 MATLAB 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件 ,它 可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵运算能力处理 数据 ,如数字滤波 、傅里叶变换 、时域和频域分析 、声音回放以及各种图的 呈现等 , 信号处理是 MATLAB 重要应用的领域之一 。 本课程设计介绍了基于 Matlab 的对语音信号采集、处理及滤波器的设计， 并使之实现的过程。理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法， 用 Matlab 进行数字语音信号处
2、理，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。 综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计， 通过理论推导得出相 应结论，并利用 MATLAB 作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知 识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。 3 目录目录 一、设计目的：一、设计目的： . 4 二、设计内容：二、设计内容： . 4 三、设计原理：三、设计原理： . 4 1)直接设计数字滤波器； 5 2)脉冲响应不变法； 6 3)双线性变换； . 6 4). 设计思路： 7 四、设计步骤：四、设计步骤： . 7 1). 语音信号的采集. 7 2). 语音信号的频谱分析
3、. 8 3). 设计数字滤波器，画出其频率响应曲线 . 10 五、心得体会：五、心得体会： . 13 六、参考文献：六、参考文献：. 14 4 一、一、设计设计目的：目的： 1)掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2)掌握 MATLAB 设计 FIR 和 IIR 数字滤波器的方法； 3)掌握在 Windows 环境下语音信号采集以及时域、频域分析； 4)学会 MATLAB 的使用，掌握 MATLAB 的程序设计方法； 5)学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。 二、二、设计内容：设计内容： 1)录制一段自己的语音信号,对录制的信号进行采样； 2)画出采样后语音信号的时域波形
4、和频谱图; 3) 给定滤波器的性能指标,采 MATLAB 设计数字滤波器,并画出滤波器的频 率响应； 4) 然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域 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； 5)回放语音信号。 三、三、设计原理设计原理： 滤波器的设计原理滤波器的设计原理 设计数字滤波器的任务就是寻求一个因果稳定的 线性时不变系统， 并使系统函数 H(z)具有指定的频率特性。 数字滤波器根据其冲 激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限 长冲激响应（FIR）滤波器。IIR 滤波器的特征是，具有无限持续时间冲激响应。 这种滤
5、波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。FIR 滤 波器的冲激响应只能延续一定时间，在工程实际中可以采用递归的方式实现，也 5 可以采用非递归的方式实现。 滤波器的性能指标滤波器的性能指标 在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的 需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选 频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标主要以 两种方式给出。第一种是绝对指标。它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于 FIR 滤波器的设计。第二种指标是相对指标。它以分贝值的形式给出要求。在工 程实际中，这种指标最受欢迎。对于相位响应指标形式，通常
6、希望系统在通频带 中人有线性相位。运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：只包 含实数算法，不涉及复数运算；不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；长 度为 N 的滤波器（阶数为 N-1） ，计算量为 N/2 数量级。下面给出了有关滤波器 的性能指标 1、 低通滤波器的性能指标：Fp=1000Hz，Fs=1200Hz，As=50dB， Ap=1dB； 2、 高通滤波器的性能指标：Fp=4000Hz，Fs=3500Hz，As=50dB， Ap=1dB； 3、 带通滤波器的性能指标： Fp1=1200Hz， Fp2=3000HZ， Fs1=1000Hz， Fs2=3200Hz，As=50dB，Ap=1dB 1)直接设计数字滤波器直接设计数字滤波器； 数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分。 数字滤波实际上是一种运 算过程， 其功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的 数字序列。 数字滤波器一般可以用两种方法来实现： 一种是根据描述数字滤波器的数学 模型或信号流图，用数字硬件装配
