基于matlab的語(yǔ)音信號(hào)分析和處理-文庫(kù)吧
2025-06-03 16:34 本頁(yè)面
【正文】 IR濾波器。模擬濾波器設(shè)計(jì)已經(jīng)有了一套相當(dāng)成熟的方法，它不但有完整的設(shè)計(jì)公式，而且還有較為完整的圖表供查詢，因此充分利用這些已有的資源將會(huì)給數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)帶來(lái)很大的方便。再將模擬濾波器轉(zhuǎn)換為數(shù)字濾波器，其轉(zhuǎn)換方法有沖激響應(yīng)不變法和雙線性Z變換法。一般，當(dāng)著眼于濾波器的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，采用脈沖響應(yīng)不變法較好，而其它情況下，對(duì)于IIR的設(shè)計(jì)，大多采用雙線性變換法。 對(duì)于FIR濾波器，它有精確、嚴(yán)格的線性相位特性，并且可以做成既是因果的又是穩(wěn)定的系統(tǒng)。所以FIR濾波器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 。 IIR濾波器與FIR濾波器的性能比較IIR DFFIR DF（1）相位一般是非線性的（1）相位可以做到嚴(yán)格線性（2）不一定穩(wěn)定（2）一定是穩(wěn)定的（3）不能用FFT作快速卷積（3）信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)可采用快速卷積（4）一定是遞歸結(jié)構(gòu)（4）主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，也可含遞歸環(huán)節(jié)（5）對(duì)頻率分量的選擇性好（零極點(diǎn)可同時(shí)起作用）（5）選擇性差（6）相同性能下階次較低（6）相同性能下階次高（7）有噪聲反饋，噪聲大（7）噪聲?。?）運(yùn)算誤差大，有可能出現(xiàn)極限環(huán)振蕩（8）運(yùn)算誤差小，不會(huì)出現(xiàn)極限環(huán)振蕩（9）設(shè)計(jì)有封閉形式的公式，一次完成（9）沒(méi)有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，須靠經(jīng)驗(yàn)與反復(fù)調(diào)試（10）對(duì)計(jì)算手段的要求較低（10）一般需用計(jì)算機(jī)計(jì)算（11）主要用于設(shè)計(jì)分段常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器（11）還可設(shè)計(jì)正交變換器、微分器、線性預(yù)測(cè)器、回波抵消器、均衡器、線性調(diào)頻器等各種網(wǎng)絡(luò)，適用范圍廣從上面的簡(jiǎn)單比較我們可以看到IIR與FIR濾波器各有所長(zhǎng)，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從多方面考慮來(lái)加以選擇。例如，從使用要求上來(lái)看，在對(duì)相位要求不敏感的場(chǎng)合，如語(yǔ)言通訊等，選用IIR較為合適，這樣可以充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，而對(duì)于圖像信號(hào)處理，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫圆ㄐ螖y帶信息的系統(tǒng)，則對(duì)線性相位要求較高，如果有條件，采用FIR濾波器較好，當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)上的要求以及計(jì)算工具的條件等多方面的因素。整體來(lái)看，IIR濾波器達(dá)到同樣效果階數(shù)少，延遲小，但是有穩(wěn)定性問(wèn)題，非線性相位；FIR濾波器沒(méi)有穩(wěn)定性問(wèn)題，線性相位，但階數(shù)多，延遲大。而不論是IIR濾波器還是FIR濾波器的設(shè)計(jì)都包括三個(gè)步驟：(1) 按照實(shí)際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。(2) 用一個(gè)因果、穩(wěn)定的離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)逼近性能要求。根據(jù)系統(tǒng)的不同的要求可以考慮用IIR系統(tǒng)函數(shù)或FIR系統(tǒng)函數(shù)去逼近。(3) 利用有限精度算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)，包括結(jié)構(gòu)選擇、字長(zhǎng)選擇等。4語(yǔ)音信號(hào)分析和濾波處理 語(yǔ)音信號(hào)的采集，長(zhǎng)度小于30秒，并對(duì)語(yǔ)言信號(hào)進(jìn)行采樣；錄制的軟件可以使用Windows自帶的錄音機(jī)，或者也可以使用其它專業(yè)的錄音軟件，錄制時(shí)需要配備錄音硬件（如麥克風(fēng)），為了方便比較，需要在安靜、無(wú)噪音、干擾小的環(huán)境下錄。 語(yǔ)音信號(hào)的讀入與打開(kāi) 在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。Blip39。,[N1 N2])。用于讀取語(yǔ)音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。[N1 N2]表示讀取的值從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值。 sound(y)。 用于對(duì)聲音的回放。向量y則就代表了一個(gè)信號(hào)，也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”，也可以說(shuō)像處理一個(gè)信號(hào)的表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。下面是語(yǔ)音信號(hào)在MATLAB中的語(yǔ)言程序，它實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音的讀入與打開(kāi)，并繪出了語(yǔ)音信號(hào)的波形頻譜圖。[x,fs,bits]=wavread(39。39。) sound(x)。 X=fft(x,4096)。magX=abs(X)。angX=angle(X)。subplot(221)。plot(x)。title(39。原始信號(hào)波形39。)。subplot(222)。plot(X)。 title(39。原始信號(hào)頻譜39。)。subplot(223)。plot(magX)。title(39。原始信號(hào)幅值39。)。subplot(224)。plot(angX)。title(39。原始信號(hào)相位39。)。程序運(yùn)行可以聽(tīng)到聲音，得到的結(jié)果圖41所示：圖41 語(yǔ)音信號(hào)的讀入與打開(kāi) 用MATLAB繪制出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖和原始語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)圖和原始語(yǔ)音信號(hào)的FFT頻譜圖。程序設(shè)計(jì)如下：fs=22050。 %語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率為22050[x,fs,bits]=wavread(39。39。)。 sound(x,fs,bits)。 %播放語(yǔ)音信號(hào)y1=fft(x,1024)。 %對(duì)信號(hào)做1024點(diǎn)FFT變換f=fs*(0:511)/1024。figure(1)plot(x) %做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖title(39。原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域圖39。)。xlabel(39。time n39。)。ylabel(39。fuzhi n39。)。figure(2)freqz(x) %繪制原始語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)圖title(39。頻率響應(yīng)圖39。)figure(3)plot(f,abs(y1(1:512)))。title(39。原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜39。)xlabel(39。Hz39。)。ylabel(39。fudu39。)。 如下圖42所示：圖42語(yǔ)言信號(hào)分析在MATLAB軟件平臺(tái)下，給原始的語(yǔ)音信號(hào)疊加上噪聲，噪聲類型分為如下幾種：（1）單頻噪色（正弦干擾）；（2）高斯隨機(jī)噪聲。繪出加噪聲后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域和頻譜圖，在視覺(jué)上與原始語(yǔ)音信號(hào)圖形對(duì)比，也可通過(guò)Windows播放軟件從聽(tīng)覺(jué)上進(jìn)行對(duì)比，分析并體會(huì)含噪語(yǔ)音信號(hào)頻譜和時(shí)域波形的改變。程序代碼如下：fs=22050。 %語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率為22050[x,fs,bits]=wavread(39。39。)。 %讀
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