語音信號處置和濾波

語音信號解決與濾波班級：xxxxxx學(xué)號：xxxxx姓名：xxx指導(dǎo)老師：xxx成績：二○一五年五月二十七目錄TOC\o"1-3"\h\u語音信號解決與濾波 1一、設(shè)計(jì)規(guī)定 1二、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié) 12.1理論根據(jù) 12.2信號采集 12.3構(gòu)造受干擾信號并對其進(jìn)行FFT頻譜分析 12.4數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) 12.5信號解決 2三、課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 23.1語音信號的采集 23.2語音信號的FFT頻譜分析 2圖3.2 53.3構(gòu)造受干擾信號并對其進(jìn)行FFT頻譜分析 53.4設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器 73.5用濾波器對加噪語音信號進(jìn)行濾波 93.6比較濾波前后語音信號的波形及頻譜 10四、心得體會 12五、源程序代碼 13六、參考文獻(xiàn) 18一、設(shè)計(jì)規(guī)定本次課程設(shè)計(jì)規(guī)定運(yùn)用MATLAB對語音信號進(jìn)行數(shù)字信號解決和分析，規(guī)定采集語音信號后，在MATLAB軟件平臺進(jìn)行頻譜分析；并對所采集的語音信號加入干擾噪聲，對加入噪聲的信號進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)適宜的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號。二、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)2.1理論根據(jù)根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)定分析系統(tǒng)功效，掌握設(shè)計(jì)中所需理論（采樣頻率、采樣位數(shù)的概念，采樣定理；

時域信號的FFT分析；數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理和辦法，多個不同類型濾波器的性能比較），闡明設(shè)計(jì)原理。2.2信號采集采集語音信號，并對其進(jìn)行FFT頻譜分析，畫出信號時域波形圖和頻譜圖。2.3構(gòu)造受干擾信號并對其進(jìn)行FFT頻譜分析對所采集的語音信號加入干擾噪聲，對語音信號進(jìn)行回放，感覺加噪前后聲音的變化，分析因素，得出結(jié)論。并對其進(jìn)行FFT頻譜分析，比較加噪前后語音信號的波形及頻譜，對所得成果進(jìn)行分析，闡明因素，得出結(jié)論。2.4數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)根據(jù)待解決信號特點(diǎn)，設(shè)計(jì)適宜數(shù)字濾波器，繪制所設(shè)計(jì)濾波器的幅頻和相頻特性。2.5信號解決用所設(shè)計(jì)的濾波器對含噪語音信號進(jìn)行濾波。對濾波后的語音信號進(jìn)行FFT頻譜分析。畫出解決過程中所得多個波形及頻譜圖。對語音信號進(jìn)行回放，感覺濾波前后聲音的變化。比較濾波前后語音信號的波形及頻譜，對所得成果和濾波器性能進(jìn)行頻譜分析，闡明因素，得出結(jié)論。三、課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3.1語音信號的采集運(yùn)用PC機(jī)上的聲卡和WINDOWS操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行數(shù)字信號的采集。將話筒輸入計(jì)算機(jī)的語音輸入插口上,啟動錄音機(jī)。按下錄音按鈕,接著對話筒說話,說完后停止錄音,屏幕左側(cè)將顯示所錄聲音的長度。點(diǎn)擊放音按鈕,能夠?qū)崿F(xiàn)所錄音的重現(xiàn)。以文獻(xiàn)名“1.wav”保存入E:\中，將文獻(xiàn)以‘wav’格式保存。3.2語音信號的FFT頻譜分析通過用windows錄音之后，將錄音的文獻(xiàn)導(dǎo)入到MATLAB中，運(yùn)用wavread函數(shù)對語音信號進(jìn)行采樣，并使用MATLAB繪出采樣后的語音信號的時域波形和頻譜圖。Wavread函數(shù)調(diào)用格式y(tǒng)=wavread（file）%讀取file所規(guī)定的wav文獻(xiàn)，返回采樣值放在向量y中。[y,fs,nbits]=wavread(file)%采樣值放在向量y中，fs表達(dá)采樣頻率（hz），nbits表達(dá)采樣位數(shù)。y=wavread（file，N）%讀取錢N點(diǎn)的采樣值放在向量y中。y=wavread（file，[N1,N2]）%讀取從N1到N2點(diǎn)的采樣值放在向量y中。對語音信號speech.wav進(jìn)行采樣其程序以下：[y,fs,nbits]=wavered('speech');%把語音信號進(jìn)行加載入Matlab仿真軟件平臺中fs=8000nbits=8然后畫出語音信號的時域波形，然后對語音信號進(jìn)行頻譜分析。在matlab中運(yùn)用fft對信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性。其程序以下：fs=8000,bits=8,T=1,Ts=1/fs;N=T/Ts;[x,fs,bits]=wavread('E:\1.wav');x=x(:,1);subplot(321);plot(x);sound(x,fs,bits);title('時域波形圖')y=fft(x,1024);n=(fs/1024)*[1:1024];subplot(322);plot(n(1:512),abs(y(1:512)));title('頻譜圖');程序成果如圖3.2：圖3.23.3構(gòu)造受干擾信號并對其進(jìn)行FFT頻譜分析在MATLAB軟件平臺下，給原始的語音信號疊加上噪聲。噪聲類型分為以下幾個：（1）白噪聲；（2）單頻噪聲（正弦干擾）；（3）多頻噪聲（多正弦干擾）；（4）其它干擾，可設(shè)立為低頻、高頻、帶限噪聲，或Chirp干擾、沖激干擾。這里我們疊加單頻正弦干擾噪聲。其程序以下：dt=0.01*sin(2*pi*7000*(1:size(x))/fs);%dt1=fft(dt,1024);%plot(n(1:512),abs(dt1(1:512)));x1=x+dt';%sound(x1,fs,bits);y1=fft(x1,1024);subplot(223);plot(x1);title('污染信號波形');subplot(224);plot(n(1:1024),abs(y1(1:1024)));axis([0,1,0,0.4]);title('污染信號頻譜');程序成果如圖3.3：圖3.2之后對語音信號進(jìn)行回放，感覺加噪前后聲音的變化，并對其進(jìn)行FFT頻譜分析，比較加噪前后語音信號的波形及頻譜，并對所得成果進(jìn)行分析。3.4設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器在設(shè)計(jì)一種數(shù)字濾波器之前，必須首先根據(jù)實(shí)際的需要來擬定濾波器的技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)適宜的數(shù)字濾波器，并畫出濾波器的幅頻特性。這里我們設(shè)計(jì)了一種切比雪夫?yàn)V波器。其程序以下：wp=1000*2*pi;ws=1200*2*pi;fs=2500;Rp=0.3;Rs=40;[N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');[z,p,k]=cheb1ap(N,Rp);[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k);[AT,BT,CT,DT]=lp2lp(A,B,C,D,Wn);[b,a]=ss2tf(AT,BT,CT,DT);[bz,az]=impinvar(b,a,fs);[H,W]=freqz(bz,az);plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid;title('切比雪夫?yàn)V波器幅頻特性')xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');%切比雪夫?yàn)V波器切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性如圖3.4：圖3.43.5用濾波器對加噪語音信號進(jìn)行濾波用自己設(shè)計(jì)的切比雪夫?yàn)V波器對加噪的語音信號進(jìn)行濾波，在Matlab中，IIR濾波器運(yùn)用函數(shù)filter對信號進(jìn)行濾波。切比雪夫?yàn)V波器：X=filter(bz,az,x)3.6比較濾波前后語音信號的波形及頻譜運(yùn)用切比雪夫?yàn)V波器，程序以下：程序成果如圖3.6wp=1000*2*pi;ws=1200*2*pi;Rp=0.3;Rs=40;[N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');[z,p,k]=cheb1ap(N,Rp);[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k);[AT,BT,CT,DT]=lp2lp(A,B,C,D,Wn);[b,a]=ss2tf(AT,BT,CT,DT);[bz,az]=impinvar(b,a,fs);[H,W]=freqz(bz,az);X=filter(bz,az,x)%sound(X,fs,bits);figure(2)X1=fft(X,1024)subplot(221);plot(X);title('解決后的信號波形');subplot(222);plot(n(1:512),abs(X1(1:512)));title('解決后的信號頻譜');圖3.6四、心得體會在本次課程設(shè)計(jì)的過程中，重要碰到的問題是原始語音信號的采集。有些語音信號在MATLAB中運(yùn)行時不能達(dá)成抱負(fù)中的狀態(tài)，后來通過多次實(shí)驗(yàn)和對比，發(fā)現(xiàn)，一、錄音時聲音要足夠的大，才干采集好的語音信號；二、要將錄音后的文獻(xiàn)后綴‘wma’轉(zhuǎn)換成‘wav’的格式。另首先就是在濾波器參數(shù)的選用上，開始時不清晰怎么選用，后來通過查找課本有關(guān)知識和與同窗討論才有效的解決這個問題。因此學(xué)習(xí)的過程是互相討論共同進(jìn)步的，多多討論課題中碰到的問題，能夠鞏固我們的知識掌握能力，增加純熟運(yùn)用度。從本次課程設(shè)計(jì)的中心來看，課題是但愿將數(shù)字信號解決技術(shù)應(yīng)用于某一實(shí)際領(lǐng)域，這里就是指對語音信號的解決。作為存儲于計(jì)算機(jī)中的語音信號，其本身就是離散化了的向量，我們只需將這些離散的量提取出來，就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行解決了。在這里，用到了解決數(shù)字信號的強(qiáng)有力工具M(jìn)ATLAB，通過MATLAB里幾個命令函數(shù)的調(diào)用，很容易的在實(shí)際化語音與數(shù)字信號的理論之間搭起了一座橋梁。課題的特色在于它將采集到的語音看作了一種向量，于是語音數(shù)字化了，則能夠完全運(yùn)用數(shù)字信號解決的知識來解決。我們能夠像給普通信號做頻譜分析同樣，來給語音信號做頻譜分析，也能夠較容易的用數(shù)字濾波器來對語音進(jìn)行濾波解決。同時變化有關(guān)參數(shù)，理論結(jié)合實(shí)際，能夠分析出各參數(shù)對圖形的影響，從而加深對各個參數(shù)的理解。在完畢這次課程設(shè)計(jì)過程中我學(xué)到了許多東西，進(jìn)一步理解了濾波器設(shè)計(jì)的辦法和各參數(shù)意義，通過分析信號時域和頻域的關(guān)系等，加深了對濾波性能的理解，并且學(xué)會了使用Matlab某些基本函數(shù)，增加了進(jìn)一步學(xué)習(xí)Matlab軟件的愛好。同時，通過本次課程設(shè)計(jì)，使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才干真正學(xué)有所用，從而立鍛煉了我的動手能力，和提高了我分析問題，解決問題的能力。五、源程序代碼fs=8000,bits=8,T=1,Ts=1/fs;N=T/Ts;[x,fs,bits]=wavread('E:\1.wav');x=x(:,1);figure(1)subplot(221);plot(x);%sound(x,fs,bits);title('時域波形圖')y=fft(x,1024);n=(fs/1024)*[1:1024];subplot(222);plot(n(1:512),abs(y(1:512)));title('頻譜圖');dt=0.01*sin(2*pi*7000*(1:size(x))/fs);%dt1=fft(dt,1024);%plot(n(1:512),abs(dt1(1:512)));x1=x+dt';%sound(x1,fs,bits);y1=fft(x1,1024);subplot(223);plot(x1);title('污染信號波形');subplot(224);plot(n(1:1024),abs(y1(1:1024)));axis([0,1,0,0.4]);title('污染信號頻譜');wp=1000*2*pi;ws=1200*2*pi;Rp=0.3;Rs=40;[N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');[z,p,k]=cheb1ap(N,Rp);[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k);[AT,BT,CT,DT]=lp2lp(A,B,C,D,Wn);[b,a]=ss2tf(AT,BT,CT,DT);[bz,az]=impinvar(b,a,fs);[H,W]=freqz(bz,az);X=filter(bz,az,x)%sound(X,fs,bits);figure(2)X1=fft(X,1024)subplot(221);plot(X);title('解決后的信號波形');subplot(222);plot(n(1:512),abs(X1(1:512)));title('解決后的信號頻譜');%主程序wp=1000*2*pi;ws=1200*2*pi;fs=2500;Rp=0.3;Rs=40;[N,Wn]=cheb1ord(wp,ws,Rp,Rs,'s');[z,p,k]=cheb1ap(N,Rp);[A,B,C,D]=zp2ss(z,p,k);[AT,BT,CT,DT]=lp2lp(A,B,C,D,Wn);[b,