数字信号处理课程设计&#x2d;&#x2d;基于MATLAB的语音去

文件名称: 数字信号处理课程设计--基于MATLAB的语音去噪处理.pdf

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详细说明：数字信号处理课程设计--基于MATLAB的语音去噪处理.pdf数字信号处理课程设计报告目录 1绪论 2课程设计内容 5 3课程设计的具体实现… ““4“““““““4““““4“““““““““““““““““““““““““““““5 3.1语音信号的采集 ++“++++++++++++++++++“+“++++“++++++++++++“+++·+++++“+++ 3.2语音信号的时频分析………………………………4 3.3语音信号加噪与频谱分析 3.4利用双线性变换法设计低通滤波器…… 3.5用滤波器对加噪语音信号进行滤波· 3.6分析滤波前后语音信号波形及频谱的变化…… 3.7回放语音信号 3.8小结…… 结论错误!未定义书签。致谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签 www.docin.com 数字信号处理课程设计报告绪论数字信号处理是利用计算机或专用处理设备,以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理,借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。数字滤波器,是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展,受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波,所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题,可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多,根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性,可分为两种,即有限冲激响应(FIR,Fnte Impulse Response)滤波器和无限冲激响应(IR, Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,系统函数H (z)在处收敛,极点全部在z=0处(因果系统),因而只能用较高的阶数达到高的选择性。FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于ⅢR数字滤波器低,但是线性相位,就是不同频率分量的信号经过fr滤波器后他们的时间差不变,这是很好的性质。FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理,便于编程,用于计算的时延也小,这对实时的信号处理很重要。FR滤波器因具有系统稳定,易实现相位控制,允许设计多通带(或多阻带)滤波器等优点收到人们的青睐。 IR滤波器釆用递归型结构,即结构上带有反馈环路。IR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成,可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式,都具有反馈回路。同时,IR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可査,在设计一个IR数字滤波器时,我们根据指标先写出模拟滤波器的公式,然后通过一定的变换,将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。随着 MATLAB 软件及信号处理工具箱的不断完善, MATLAB很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件。它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真,极大地减轻了数字信号处理课程设计报告工作量,有利于滤波器设计的最优化。 2课程设计内容录制一段自己的语音信号(可以录制含有噪音的信号,或者录制语音后再加进噪音信号) 要求 (1)对语音信号进行采样; (2)画出采样后语音信号的时域波形和频谱图 (3)设计一个合适的滤波器,并画出滤波器的频率响应曲线; (4)用设计的滤波器对语音信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱图 (5)对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化 (6)回放语音信号。 3课程设计的具体实现 3.1语音信号的采集利用PC机上的声卡和 WINDOWS操作系统可以进行数字信号的采集。将话筒输入计算机的语音输入插口上,启动录音机。按下录音按钮,接着对话筒说一段话, 说完后停止录音屏幕左侧将显示所录声音的长度点击放音按钮可以实现所录音的重现。以文件名 speech保存入D: MATLAB\work中。可以看到,文件存储器的后缀默认为.waⅴ,这是WⅠ NDOWS操作系统规定的声音文件存的标准 32语音信号的时频分析利用 MATLAB中的“ wavread”命令来读入(采集)语音信号,将它赋值给某一向量。再对其进行采样,记住采样频率和采样点数。下面介绍 Wavread函数几种调用格式。 (1) y=wavread( file 功能说明:读取file所规定的wav文件,返回采样值放在向量y中。 (2)[y, fs, bits]=wa read(file) 功能说明:采样值放在向量y中,fs表示采样频率(hz),nbis表示采样位数。 (3)ywavread(file, N) 数字信号处理课程设计报告功能说明:读取钱N点的采样值放在向量y中。 (4)ywavread (file, [N1, N2]) 功能说明:读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。接下来,对语音信号 speech.wav进行采样。其程序如下: >>[yf,bits}= wavered(‘ speech. way)%把语音信号加载入 Matlab仿真软件平台中然后,画出语音信号的时域波形,再对语音信号进行频谱分析。 MATLAB提供了快速傅里叶变换算法FFT计算DFT的函数f,其调用格式如下:Xk=ft(xnN) 参数xn为被变换的时域序列向量,N是DFT变换区间长度,当N大于xn的长度时,f函数自动在xn后面补零。,当N小于xn的长度时,ft函数计算xn的前N个元素,忽略其后面的元素。在本次设计中,我们利用t对语音信号进行快速傅里叶变换,就可以得到信号的频谱特性。其程序如下: Ly, fs, bits]=wavread(speech. wav) sound(y, fs, bits) Y=(y40000%样点数 subplot(211) plot(y); title('原始信号波形) subplot(212)plot(abs(Y) title(原始信号频谱); n. com 程序运行如下: 数字信号处理课程设计报告 Figu File Edit View Insert Tools Deskop Window Help 口己d油气四回,日国日回原始信号波形 04 0.2 02 0 05 15 25 35 原始信号频谱 10 05 1.5 25 *10 3.3语音信号加噪与频谱分析在原始信号中加入高频噪音,其具体的程序如下: f=20000%载波频率 yl= modulate(yfe,f,;fmn);%对原语音信号调制 Y1=fi(y1,40000%样点数 figur cer ww. docin. com 40000 subp lot(21) plot(yl) titled调制后信号波形); subplot(212) plot(abs(YI) title('调制后信号频谱); sound(yl); 对原信号进行调制得到的波形和频谱图如下: 数字信号处理课程设计报告 fIgure File Edit View Insert Tools Desktop Window Help 口始心司必·品日图回调制后信号波形 0.5 05 05 15 25 35 10 调制后信号频谱 15000 10000 5000 0 0 05 15 25 3 35 104 接着对调制后的信号加入原始信号,其程序为: 从价市 coiN.COm y2=y+y1; Y2=fy2,40000%样点数 40000 figure(3) subplot(21) plot(y2) H title('调制信号+原始信号波形) subplot(212) plot(abs(Y2);itl'调制信号+原始信号频谱); sound(y2) 得到的图形为: 8 数字信号处理课程设计报告 19 ur∈ File Edit View Insert Tools Desktop Window Help 调制信号+原始信号波形 05 15 2 25 3 3.5 调制信号+原始信号频谱 15000 10000 5000 0 0 05 15 25 3 35 4 x10 34利用双线性变换法设计低通滤波器用双线性变换法设计低通滤波器程序如下所示: n. com figure(4); %用双线性变换法设计的低通滤波器 fp=1000fc-1200As=100;Ap=1;fsl=22050; wc=2*fc/fsl; wp=2*fp/fs1; n, wn=ellipord( wp, wc, Ap, As) [b, a]=ellip(n, Ap, As, wn) freqz(b, a, 512, fs1); x- filter(b,ay2);%对要进行低通滤波 X=ft(x40000 运行结果如图: 数字信号处理课程设计报告 A Figure 4 File Edit View Insert Iools Desktop Window Help 口白日气气母回长么日国口回铝0 :50 ≤-700 0 2000 4000 6000 8000 10000 Frequency什Hz) 己500 1000 0 2000 4000 6000 8000 10000 Frequency(Hz 3.5用滤波器对加噪语音信号进行滤波利用设计的低通滤波器对信号进行滤波,程序如下 com figure (5) subplot(211)pbou(x)tlc低通滤波后信号波形); subp lot(212) plot(abs(X); title(低通滤波后信号频谱); sound(x, 40000) 运行结果如下图: 10

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