MATLAB课程设计--利用MATLAB对语音信号进行处理和分析

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1、 第 1 页 目 录 摘 要 . 1. 设计原理 1 1.1 设计的目的及要求 . 2 1.2 课题的研究意义 2 2. 设计原理 3 2.1 采样频率 . 3 2.2 采样位数 3 2.3 采样定理 3 2.4 时域信号的 FFT 分析 3 2.5 数字滤波器设计原理和方法 4 2.6 各种不同类型滤波器的性能比较 4 3. 设计内容 . 4 3.1 语音信号的录入与提取 . 5 3.2 加噪处理（高频噪音） 6 3.3 设计窗函数带阻滤波器 8 3.4 滤波处理 9 3.5 加躁处理（低频噪音） . 11 3.6 设计椭圆函数高通滤波器滤波处理 . 13 参考文献 15 第 2 页 摘摘

2、要要 语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新 兴的学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信 息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。 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，它的信号处理与分析工 具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便 地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。信号处

3、理是 Matlab 重要应用的领域之一。 本实验设计用电脑自带的录音机采集了一段语音， 对其进行了时域分析， 频谱分析, 分析语音信号的特性。并应用 matlab 平台对语音信号加入了不同的噪声，进一步用窗 函数法，椭圆函数法分别设计了一个带阻滤波器和一个高通滤波器，然后对加噪的语音 信号进行滤波处理。最后对比滤波前后的语音信号的时域和频域特性，回放加噪语音信 号和去噪语音信号。对比研究处理前和处理后的声音的不同。 【关键词】 语音信号；频域特性; 时域特性; 滤波器 第 3 页 1.1.设计目的和要求设计目的和要求 1.1 1.1 设计目的及要求设计目的及要求 本次课程设计要求利用 MATL

4、AB 对语音信号进行处理和分析，要求学生采集语音信号 后，在 MATLAB 软件平台进行频谱分析，并对速配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音，恢复信号。 1.2 1.2 课题的研究意义课题的研究意义 语言是我们人类所特有的功能，它是传承和记载人类几千年文明史，没有语言就没 有我们今天人类的文明。 语音是语言最基本的表现形式， 是相互传递信息最重要的手段， 是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。 语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机 技术的飞速前进，推动了这一技术的发展；它是研究用数字信号处理技

5、术对语音信号进 行处理的一门新兴学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科，因此 我们进行语言信号处理具有时代的意义。 2.2.设计原理设计原理 2.1 2.1 采样频率采样频率 采样频率，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。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时 间，它是采样之间的时间间隔。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。采

6、样频率与声音频率之间有一定的关系，根据奎斯特理论，只有采 样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声 音。这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。 2.2 2.2 采样位数采样位数 采样位数即采样值或取样值，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。采样频率是指录音设备在一秒钟内对 声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。 采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，也是选择音频 接口的两个重要标准。无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数 据最大的力度范围。 2.3 2.3 采样定理采样定理 第 4 页 在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率最大值大于信号中最高频率 fmax 的 2.56 倍时，即：fs.max=2.56fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中 的信息. 2.4 2.4 时域信号的时域信号的 FFTFFT 分析分析 FFT 即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是