【正文】 x=fftfilt(b21,y_z)。 plot(w/pi,abs(h))。 dev=[p s]。 p=110.^(rp/20)。 wp=2*Fp/Ft。)。頻率 Hz39。 title(39。) ylabel(39。加噪語音信號時域波形 39。 f=fs*(0:n/21)/n。 L=length(y) noise=*randn(L,2)。)。原始語音信號采樣后的頻譜圖 39。幅值 A39。)。 figure(1) subplot(2,1,1)。39。 ylabel(39。)。) subplot(2,1,2)。 xlabel(39。 plot(y_z)。 sound(y_z,fs) n=length(y)。頻率幅值 39。 xlabel(39。 plot(f,abs(y_p(1:n/2)))。時間軸 39。 title(39。 sound(y,fs) n=length(y) y_p=fft(y,n)。)。頻率 Hz39。 title(39。) ylabel(39。加噪語音信號時域波形 39。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 f=fs*(0:L/21)/L。 noise=1*sin(2*pi*3000*n)。)。原始語音信號采樣后的頻譜圖 39。幅值 A39。)。 figure(1) subplot(2,1,1)。39。)。 %利用雙線性變換實現(xiàn) S域到 Z域轉(zhuǎn) [h,w]=freqz(num13,den13)。s39。 [n13,wn13]=cheb1ord(wp,ws,1,50,39。 wp1=tan(pi*Fp/Ft)。 grid。)。 %雙 線性變換實現(xiàn) S 域到 Z 域的變換 [h,w]=freqz(num11,den11)。 %求低通濾波器的階數(shù)和截止頻率 [b11,a11]=butter(n11,wn11,39。 fs=2*Fs*tan(wp/2)。 Fs=1200。)。 %由 fir1 設(shè)計濾波器 [h,w]=freqz(b23,1)。 [n23,wn23,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev)。 %通帶阻帶波紋 s=10.^(rs/20)。 ws=2*Fs/Ft。 附錄 2 Ft=8001。 %得到頻率響應(yīng) plot(w/pi,abs(h))。 dev=[p s]。 p=110.^(rp/20)。 wp=2*Fp/Ft。在此，也對他們表示衷心感謝。沒有 老師 的幫助也就沒有今天的這篇論文。其實，這正是干擾所造成的。那么，就可以完全利用數(shù)字信號處理的知識來解決語音及加噪處理問題。作為存儲于計算機(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，就可以對其進(jìn)行處理了。這是很好的性質(zhì)。 （ 5） IIR 單位響應(yīng)為無限脈沖序列 FIR 單位響應(yīng)為有限的 （ 6） FIR 幅頻特性精度較之于 iir 低，但是線性相位，就是不同頻率分量的信號經(jīng)過 FIR濾波器后他們的時間差不變。 FIR 濾波器則要求較低。程序 見附錄 8 得到下面的圖形：如（圖 49） 圖 49 IIR 濾波前和濾波后波形及頻譜 結(jié)合去噪后的頻譜圖對比兩種方式濾 波的優(yōu)缺點 IIR 數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。濾波后信號 的頻譜圖也在 5000Hz以后開始逐漸接近原始語音信號的頻譜圖。其中， h 是系統(tǒng)單位沖擊響應(yīng)向量； x 是輸入序列向量； y 是系統(tǒng)的輸出序列向量； M 是有用戶選擇的輸 入序列的分段長度，缺省時，默認(rèn)的輸入向量的重長度 M=512。 接下來我們要用設(shè)計的 FIR 低通濾波器對上一節(jié)中加噪語音信號進(jìn)行濾波處理。 下面一段程序?qū)崿F(xiàn)了利用 randn 函數(shù)把一段隨機(jī)噪音信號加入原始語音信號的信號處理過程： 見附錄 6 語句 L=length(y) noise=*randn(L,2) y_z=y+noise。 Y = randn(m,n) 或 Y = randn([m n]) 返回一個 m*n 的隨機(jī)項矩陣。加噪后的時域波形和頻譜圖如下： （圖 4— 6） 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 46 加噪語音信號時域波形和頻譜圖 如上所示，通過對加噪前和加噪后語音信號的圖像的對比和對語音信號回放的人耳感知可以知道，加入正弦波信號后頻譜圖和時域波形并沒有什么明顯的變化，而人耳聽到的聲音也幾乎沒有什么變化。然后用傅里葉變換到頻域： y_p=fft(y,n)。39。)。 subplot(224)。plot(magX)。 subplot(222)。plot(x)。 X=fft(x,4096)。 下面的一段程序是語音信號在 MATLAB 中的最簡單表現(xiàn)，它實現(xiàn)了語音的讀入打開，以及繪出了語音信號的波形頻譜圖。 用 MATLAB 工具箱函數(shù) fft 進(jìn)行頻譜分析時需注意： （ 1）函數(shù) fft 返回值 y 的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 一般而言，對于 N點的 x(n)序列的 FFT 是 N 點的復(fù)數(shù)序列，其點 n=N/2+1對應(yīng) Nyquist 頻率，作頻譜分析時僅取序列 X(k)的前一半，即前 N/2 點即可。 經(jīng)函數(shù) fft 求得的序列 y 一般是復(fù)序列，通常要求其幅值和相位。函數(shù)執(zhí)行 N點的 FFT。且和 x 相同長度。 FFT 的 MATLAB 實現(xiàn) ： 在 MATLAB 的信號處理工具箱中函數(shù) FFT 和 IFFT 用于快速傅立葉變換和逆變換。課題用到了較多的 MATLAB 語句，而由于課題研究范圍所限，真正與數(shù)字信號有關(guān)的命令函數(shù)卻并不多。在數(shù)字信號 處理的課程學(xué)習(xí)過程中，我們過多的是理論學(xué)習(xí)，幾乎沒有進(jìn)行實踐方面的運用。再將該向量看作一個普通的信號，對其進(jìn)行 FFT 變換實現(xiàn)頻譜分析，再依據(jù)實際情況對它進(jìn)行濾波。 [N1 N2])。 IIR低通濾波器程序 見附錄 3； 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 IIR低通濾波器圖像：（圖 3— 3） 圖 33 IIR 低通濾波器 IIR 濾波器高通程序 IIR 濾波器高通圖像： （圖 34） 圖 34 IIR 高通濾波器 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第四章 去噪 及仿真的研究 語音文件在 MATLAB 平臺上的錄入與打開 單擊自己的電腦開始程序，選擇所有程序，接著選擇附件，再選擇娛樂，最后選擇錄音。 （ 4）用雙線性變換法，模擬濾波器系統(tǒng)函數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)。為了克服之一缺點，可以采用雙線性變換法 。 （ 4）設(shè)計模擬低通濾波器。 FIR低通濾波器程序 見附錄 1 FIR低通濾波器圖像：（圖 3— 1） 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 圖 3— 1 FIR 低通濾波器 FIR 高通濾波程序見附錄 2 FIR 高通濾波圖像： （圖 32） 圖 32 FIR 高通濾波器 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計及實現(xiàn) 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 對于數(shù)字高通、帶通濾波器的設(shè)計，通用方法為雙線性變換法。 （ 4）加窗得到設(shè)計結(jié)果。先按照阻帶衰減選擇窗函數(shù)類型。通常我們就是根據(jù)此阻帶衰減去選擇一個合適的窗函數(shù)。就是傳說中的加窗。根據(jù)傅里葉變換我們可以知道，此函數(shù)在時域上是一個采樣函數(shù)。這也就說明，要增加 DSP 的計算量。有限說明其脈沖響應(yīng)是有限的。如果你可以接受通帶具有一些紋波，就可以得到比巴特沃斯濾波器更快速的衰減。 貝塞爾響應(yīng) ， 除了會改變依賴于頻率的輸入信號的 幅度 外，濾波器還會為其引入了一個 延遲 。 簡而言之， 濾波，本質(zhì)上 是從被噪聲畸變和污染了的信號中提取原始信號所攜帶的信息的過程。最合于實用的 m 值為 。所謂截止 頻率，亦即與濾波器有尖銳 諧振 的頻率。在電源及聲頻電路中之濾波器，最通用者為 L 型及 π 型兩種。整流器中，即借助此網(wǎng)路濾凈脈動直流中的漣波，而獲得比較純凈的直流輸出。在 MATLAB 下設(shè)計不同類型 IIR濾波器均有與之對應(yīng)的函數(shù)用于階數(shù)的選擇。為了獲得最優(yōu)的濾波器系數(shù)，采用以下步驟進(jìn)行量化。 首先計算整體傳遞函數(shù)的零極點； 選取具有最大幅度的極點以及距離它最近的零點，使用它們組成一個二階基本節(jié)的傳遞函數(shù)； 對于剩下的極點和零點采用與相類似的步驟，直至形成所有的二階基本節(jié)。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 IIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計 利用 MATALAB 工具箱 分析 工具 (FDATool)可以很方便地設(shè)計出符合應(yīng)用要求的未經(jīng)量化的 IIR 數(shù)字濾波器。 這種結(jié)構(gòu)的每一節(jié)控制一對零點，因而再需要控制傳輸零點時，可以采用它。將轉(zhuǎn)置定理用于可得到的轉(zhuǎn)置直接型結(jié)構(gòu)。 FPGA有著規(guī)整的內(nèi)部邏輯陣列和豐富的連線資源，特別適合于數(shù)字信號處理任務(wù)，相對于串行運算為主導(dǎo)的通用 DSP 芯片來說，其并行性和可擴(kuò)展性更好，利用 FPGA乘累加的快速算法，可以設(shè)計出高速的 FIR 數(shù)字濾波器。最后通過大量的仿真實驗，驗證了所研究的幾種改進(jìn)算法都能有效地提高增強(qiáng)效果。譜相減語音增強(qiáng)算法的核心是噪聲檢測和譜減規(guī)則。到成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 目前為止，已經(jīng)比較成熟的去噪方法比較典型的有切比雪夫去噪法、雙線性變換去噪法 、窗函數(shù)去噪法、譜相減去噪法、巴特沃茲去噪法等有名的去噪方法。每增加一個采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了 6dB。采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關(guān)系， 根據(jù)采樣定理 ，只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的兩倍時，才能把數(shù)字信號表示的聲音還原成為原來的聲音。 采樣頻率只能用于周期性采樣的采樣器，對于非周期性采樣的采樣器沒有規(guī)則限制。 對于時間上受限制的連續(xù)信號 f(t)（即當(dāng) │ t│ T 時 ,f(t)=0,這里T=T2T1 是信號的持續(xù)時間），若其頻譜為 F（ ω ） ,則可在頻域上用一系列離散的采樣值 （ 21） 采樣值來表示 ,只要這些采樣點的頻率間隔 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 22） 。 這是時域采樣定理的一種表述方式。 其大概流程框圖可如下表示： （圖 11） 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 圖 11 論文設(shè)計的流程 語音信號采集 效果顯示、對比 語音信號錄入 語音信號變換 信號加噪 語音信號濾波 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第 2 章 語音信號去噪方法 的研究 去噪的原理 采樣定理 在進(jìn)行模擬 /數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率 大于信號中，最高頻率 fmax 的 2 倍時，即： =2fmax,則采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般實際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號最高頻率的 5～ 10 倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。 3. 繪制頻譜圖并回放原始語音信號。 我所做的工作就是在 軟件上編寫一個處理語音信號的程序，能對語音信號進(jìn)行采集，并對其進(jìn)行各種處理，達(dá)到簡單語音信號處理的目的。隨著信息科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，語音信號處理取得了重大的進(jìn)展：進(jìn)入 70年代之后，提出了用于語音信號的信息壓縮和特征提取的線性預(yù)測技術(shù)（ LPC），并已成為語音信號處理最強(qiáng)有力的工具，廣泛應(yīng)用于語音 信號的分析、合成及各個應(yīng)用領(lǐng)域，以及用于輸入語音與參考樣本之間， 時間匹配的動態(tài)規(guī)劃方法； 80年代初一種 新的基于聚類分析的高效數(shù)據(jù)壓縮技術(shù) — 矢量量化（ VQ）成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 應(yīng)用于語音信號處理中；而用隱馬爾可夫模型（ HMM）描述語音信號過程的產(chǎn)生是 80 年代語音信號處理技術(shù)的重大發(fā)展，目前 HMM 已構(gòu)成了現(xiàn)代語音識別研究的重要基石。它是一新興的信 息科學(xué)，同時又是綜合多個學(xué)科領(lǐng)域的一門交叉科學(xué)。那么 什么是語音？語音 是 人類 特有的功能，也是人類 獲取外界信息的重要工具，也是人與人交流必不可少的重要手段。 在設(shè)計過程中，運用了 MATLAB 對整個設(shè)計中的圖形的繪制和一些數(shù)據(jù)的計算以及仿真。而MATLAB 軟件工具箱提供了對各種數(shù)字濾波器的設(shè)計。 對數(shù)字信號處理離不開濾波器，因此濾波器的設(shè)計在信號處理中占有極其重要的地位。在設(shè)計過程中， 通過 設(shè)計 FIR 數(shù)字濾波器和 IIR 數(shù)字濾波器來完成濾波處理。