【正文】 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 摘 要 用 MATLAB 對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析和處理，采集語(yǔ)音信號(hào)后，在 MATLAB 軟件平臺(tái)進(jìn)行頻譜分析；并對(duì)所采集的語(yǔ)音信號(hào)加入干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)合適的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號(hào)。本次設(shè)計(jì)介紹了基于MATLAB 的對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集，處理及濾波器的設(shè)計(jì)，并使之實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。 關(guān)鍵詞 ： MATLAB。語(yǔ)音信號(hào)；濾波器；加噪；除噪 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 目 錄 摘要 ......................................................................................................1 1 設(shè)計(jì)原理 ........................................................................................1 理論原理 ................................................................................1 采樣頻率 ..................................................................1 采樣位數(shù) .......................................................................1 采樣定理 .......................................................................1 時(shí)域信號(hào)的 FFT 分析 ..................................................1 數(shù)字信號(hào)的濾波器原理和方法 ...................................2 各種不同類(lèi)型濾波器的性能比較 ..............................2 離散傅立葉變換 ...........................................................3 2 信號(hào)采集及讀取 ...........................................................................3 3 構(gòu)造受干擾信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行 FFT 頻譜分析 ........................… ...6 4 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) ...........................................................................6 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) IIR 帶通濾波器 ........................................6 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì) FIR 低通濾波器 .......................................8 5 信號(hào)處理 .........................................................................................10 IIR 帶通濾波 ........................................................................10 FIR 低通濾波 .......................................................................12 6 心得體會(huì) .........................................................................................14 7 參考文獻(xiàn) ： ....................................................................................15 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 1 設(shè)計(jì)原理 理 論原理 采樣 頻率 也稱(chēng)為采樣速度或者采樣率，定義了每秒從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)，它用赫茲（ Hz）來(lái)表示。 采樣頻率只能用于周期性采樣的采樣器，對(duì)于非周期性采樣的采樣器沒(méi)有規(guī)則限制。 通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)聲音波形的表示也越精確。 采樣位數(shù) 即采樣值或取樣值，用來(lái)衡量聲音波動(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音 信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。 采樣定理 在進(jìn)行模擬 /數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng) 采樣頻率 大于信號(hào)中最高頻率 fmax 的 2 倍時(shí) (=2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的 5～10倍；采樣定理又稱(chēng) 奈奎斯特定理 。 時(shí)域信號(hào)的 FFT分析 信號(hào)的頻譜分析就是計(jì)算信號(hào)的傅立葉變換。連續(xù)信號(hào)與系統(tǒng)的傅立葉分析顯然不便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，使其應(yīng)用受到限制。而 FFT 是一種時(shí)域和頻域均離散化的變換，適合數(shù)值運(yùn)算，成為用計(jì)算機(jī)分析離散信號(hào)和系統(tǒng)的有力工具。對(duì)連續(xù)信號(hào)和系統(tǒng)，可以通過(guò)時(shí)域采樣，應(yīng)用 DFT 進(jìn)行近似譜分析。 鄭州輕工業(yè)學(xué)院 MATLAB 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 2 數(shù)字信號(hào)的濾波器原理和方法 IIR 數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)： H(z)=???????NkkkMjrzaz10j1b（ ） 其中 H(z)稱(chēng)為 N階 IIR數(shù)字濾波器系統(tǒng)函數(shù)。 IIR濾波器設(shè)計(jì)方法有間接和直接法，間接法是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的。其步驟是：先設(shè)計(jì)過(guò)度模擬濾波器得到系統(tǒng)函數(shù) Ha(s)，然后將 Ha（ s）按某種方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù) H(z)。 利用有限脈沖響應(yīng) (FIR)設(shè)計(jì)濾波器。有限脈沖響應(yīng)濾波器在保證幅度特性滿(mǎn)足技術(shù)要求的同時(shí)，很容易做到有嚴(yán)格的線(xiàn)性相位特性。用 N 表示FIR 濾波器單位脈沖響應(yīng) h(n)的長(zhǎng)度，其系統(tǒng)函數(shù) H（ z）為 ??? ?? 10 )()( Nn nznhzH （ ） H（ z）是 z1 的 N1次多項(xiàng)式，它在 z平面上有 N1個(gè)零點(diǎn)，在原點(diǎn) z=0處有一個(gè) N1 重極點(diǎn)。因此， H(z)永遠(yuǎn)穩(wěn)定。穩(wěn)定和線(xiàn)性相位是 FIR 濾波器最突出的優(yōu)點(diǎn)。 各種不同類(lèi)型濾波器的性能比較 巴特沃斯濾波器具有單調(diào)下降的幅頻特性；切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性在通帶或阻帶有波紋特性，可以提高選擇性；貝塞爾濾波器通帶內(nèi)有較好的線(xiàn)性相位特性；橢圓濾波器的選擇性相對(duì)前三種是最好的，但通帶和阻帶內(nèi)均呈現(xiàn)等波紋