【正文】 學(xué)號14112220266 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于MATLAB的語音信號濾波處理作 者 夏杰 屆 別 2015屆 院 別 信息與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程 指導(dǎo)教師 羅朝明 職 稱 副教授 完成時(shí)間 2015年5月17日 摘要隨著計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)的飛速發(fā)展，信號處理逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，成為信息科學(xué)的重要組成部分，在語音處理、雷達(dá)、圖像處理、通信、生物醫(yī)學(xué)工程等眾多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)應(yīng)用。本論文研究了濾波器的設(shè)計(jì)，并通過設(shè)計(jì)好的濾波器語來分析語音信號。在計(jì)算機(jī)中錄入一段語音信號，通過MATLAB對語音信號進(jìn)行時(shí)頻變換和分析；再通過MATLAB構(gòu)造一定頻率的噪音信號，再將兩個(gè)信號進(jìn)行合成；然后設(shè)計(jì)不同類型的數(shù)字濾波器對其噪音進(jìn)行濾波處理。關(guān)鍵詞：MATLAB；語音信號；濾波器；仿真；AbstractWith the rapid development of puters and information science, signal processing is being an independent discipline, and playing an important part in information science. It has been widely applied in speech processing, radar, image processing, munication, biomedical engineering and many other fields. This paper has studied the filter design, and it analyses the voice signal through the designed filter. After recording a voice signal in the puter, then doing the timefrequency transformation and analyses for the voice signal through MATLAB. We construct a fixedfrequency signal, and synthesis the two signals, and it deals with filter processing on the speech signal with noise, and analyses the signals in the time domain and frequency domain.Keyword: Matlab；Voice signal；Filter；Simulation；目 錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 1 語音信號濾波處理的簡介 1 數(shù)字濾波器的概念 1 MATLAB軟件的介紹 3 論文各章節(jié)的安排 4第二章 語音信號的頻譜分析 5 快速傅里葉算法的原理 5 10 語音信號的加噪處理及頻譜分析 12第三章 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì) 15 15 用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器 18 用雙線性法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器 21第四章 語音信號的濾波 24 語音信號的濾波測試 24 加噪語音信號的濾波處理 27第五章 總結(jié)和展望 29 課題總結(jié) 29 課題展望 29參考文獻(xiàn) 30致謝 31II第1章 緒論 語音信號濾波處理的簡介語音信號的基本組成單位是“音素”。音素主要由“濁音”和“清音”這兩大類組成。如果將語音只有背景噪聲稱為“無聲”，那么可以將音素分成“清音”、“濁音”、“無聲”這三類。一個(gè)音節(jié)由輔音和元音兩部分組成。因?yàn)樵舳际菨嵋?，所以元音在音?jié)中占據(jù)著主要的部分。在普通話中，“輔音—元音”構(gòu)成了每個(gè)音節(jié)。語音信號的濾波處理是數(shù)字信號處理領(lǐng)域目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，通過語音傳遞信息是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息形式。語音信號處理是現(xiàn)代信息處理的基本內(nèi)容，數(shù)字信號的處理更是重中之重。數(shù)字信號處理的研究內(nèi)容主要是語音信號和圖像信號，而研究語音信號對于現(xiàn)代語音通信有著積極的意義。研究語音信號又分為時(shí)域和頻域兩個(gè)方面。（1） 語音信號的時(shí)域分析處理：對語音信號進(jìn)行時(shí)域分析的本質(zhì)就是分析和提取語音信號的時(shí)域參數(shù)。當(dāng)進(jìn)行語音分析時(shí)，它的時(shí)域波形圖是很直觀的。其實(shí)語音信號的實(shí)質(zhì)就是時(shí)域信號，所以使用時(shí)域分析是最早也是最廣泛的一種分析方法。時(shí)域分析一般用于參數(shù)的分析和應(yīng)用，如語音的大分類、分割、預(yù)處理等。這種分析方法有以下特點(diǎn)：第一，比較直觀的語音信號和明確其物理意義。第二，可以簡單的實(shí)現(xiàn)并且運(yùn)算少。第三，獲得語音信號的重要參數(shù)。最后，它的實(shí)現(xiàn)用到了示波器等常規(guī)設(shè)備，所以應(yīng)用起來較簡單。（2）語音信號的頻譜分析處理：語音信號的頻域分析就是對語音信號的頻域持征進(jìn)行分析。語音信號的頻域分析包括語音信號的功率譜、倒頻譜、頻譜、頻譜包絡(luò)分析等，而一般常用的頻域分析方法包括帶傅里葉變換法、通濾波器組法等幾種。本文介紹的是語音信號的傅里葉分析法。 數(shù)字濾波器的概念數(shù)字信號處理是一門發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛的前沿性學(xué)科，其理論和實(shí)踐性都很強(qiáng)。為了系統(tǒng)的掌握和理解信號的收集、處理、傳輸、顯示和儲存，本課題介紹了用MATLAB來處理語音信號。在21世紀(jì)這個(gè)信息技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，信號處理逐漸趨向于數(shù)字化、軟件化這方面發(fā)展。數(shù)字信號處理主要是對語音信號和圖像信號的研究，其中，語音信號的研究可以分為從時(shí)域和頻域這兩個(gè)方面來進(jìn)行。時(shí)域的分析處理有以下兩種方法：一種是對語音信號進(jìn)行分析，這一分析方法屬于線性處理的范疇，其原理主要是通過信號的卷積、倍乘、時(shí)移、加減、以及求相關(guān)函數(shù)等來實(shí)現(xiàn)；另外一種是通過處理生成和變換成各種調(diào)制信號，這一分析方法屬于非線性的范疇，其原理是壓縮和擴(kuò)張信號平均累加器的動態(tài)范圍，用門限法對噪音進(jìn)行抑制。通過對信號的頻域分析處理，可以對信號的頻率特性在頻譜中加以分析研究，這是對不確定信號分析的主要方法，主要是擴(kuò)展了信號分析的范圍。通常在世紀(jì)應(yīng)用中，信號的時(shí)、頻域分析經(jīng)常同時(shí)進(jìn)行。數(shù)字濾波是數(shù)字信號處理理論的一部分。具體來說，凡是用數(shù)字方式對信號進(jìn)行濾波、變換、調(diào)制、壓縮、增強(qiáng)、均衡、解調(diào)、估值、識別、產(chǎn)生等加工處理，都可以納入數(shù)字信號處理的領(lǐng)域。 數(shù)字信號處理這門學(xué)科主要是對數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。對于數(shù)字濾波器，早在49年代末期，就有人對其可能性進(jìn)行過研究討論，在50年代的時(shí)候，也有人研究討論過數(shù)字濾波這個(gè)具有跨時(shí)代意義的問題。但可惜的是直到60年代中期，人們才是開始慢慢形成關(guān)于數(shù)字濾波器的一套完整的理論，在這一時(shí)期，通過不同形式的數(shù)字濾波結(jié)構(gòu)（有的以最小運(yùn)算誤差為特點(diǎn)，有的以最快運(yùn)算速度為特點(diǎn)，而有的則囊括以上兩者）。在數(shù)字濾波器領(lǐng)域中，有限沖激響應(yīng)（FIR）和無限沖激響應(yīng)（IIR）的關(guān)系認(rèn)識轉(zhuǎn)化是一個(gè)重大的發(fā)現(xiàn)。在初期，人們一般認(rèn)為IIR濾波器的運(yùn)算效率比FIR濾波器更高，所以明顯青睞于前者，但當(dāng)有人提出可以用快速傅里葉變換（FFT）來實(shí)現(xiàn)其卷積運(yùn)算的理念后，發(fā)現(xiàn)高階FIR濾波器統(tǒng)一可以用比較高的運(yùn)算效率來實(shí)現(xiàn)，這就激勵(lì)人們大量的研究和探索數(shù)字濾波器的FIR高性能濾波器的設(shè)計(jì)方法和頻域設(shè)計(jì)方法，從而有了數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中頻域方法和時(shí)域方法的出世。然而，這些數(shù)字濾波器都是一些人們的早期研究。早期的數(shù)字濾波器盡管在聲納、語音、地震和醫(yī)學(xué)和的信號處理中曾經(jīng)起過非常大的作用，但是出于當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)主機(jī)的價(jià)格比較昂貴，在一定程度上阻礙了個(gè)別專門用途數(shù)字濾波器的發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的70年代，引進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助的設(shè)計(jì)方法，這使數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)僅僅是逼近響應(yīng)模擬濾波器。通常來說，變換模擬濾波器函數(shù)來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，幾乎很難逼近任意沖激響應(yīng)或頻率響應(yīng)，然而采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)這一方法則可能實(shí)現(xiàn)時(shí)域或頻域的最佳逼近，或時(shí)域頻域的聯(lián)合最佳逼近，這樣，不但可以使數(shù)字濾波器的分析和設(shè)計(jì)內(nèi)容變的豐富起來，而且各種新的數(shù)字信號處理系統(tǒng)也都可以用專用數(shù)字硬件加以實(shí)現(xiàn)。 MATLAB軟件的介紹MATLAB是由美國MathWorks公司推出的用于圖形處理和數(shù)值計(jì)算的數(shù)學(xué)計(jì)算環(huán)境。在MATLAB環(huán)境下，用戶可以集成地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)值計(jì)算、輸入輸出、圖形繪制、文件管理等各項(xiàng)操作。所以相比其他同類軟件，它卓越的數(shù)據(jù)可視化和優(yōu)秀的數(shù)字計(jì)算能力使其脫穎而出。最初的MATLAB系統(tǒng)是由Cleve Moler公司用FORTRAN語言設(shè)計(jì)的