【正文】 從課程設(shè)計(jì)材料的搜集到根據(jù)選題對素材的提取與整理，從 Matlab 的簡易入手到程序的分析與設(shè)計(jì)，從理論與算法到程序的編寫與仿真，每一步都有曹老師的細(xì)心知道與耐心講解。設(shè)計(jì)出了一個(gè)簡易的用戶應(yīng)用界面，可以讓人實(shí)現(xiàn)界面操作。 在這里，用到了處理數(shù)字信號的強(qiáng)有力工具 MATLAB，通過 MATLAB 里幾個(gè)命令函數(shù)的調(diào)用，很輕易的在實(shí)際化語音與數(shù)字信號的理論之間搭了一 座橋。但是在調(diào)試過程中也遇到了一些問題，比如打開信號時(shí)，我曾自己用錄音機(jī)錄過聲音信號，通過格式轉(zhuǎn)化也轉(zhuǎn)化為 wav 格式的聲音信號，但是用此系統(tǒng)去打開聲音信號時(shí)卻不能打開，后來經(jīng)過自己去圖書館查閱資料、上論壇討論、上網(wǎng)查閱資料等， 知道 wav 格式有很多種，不是每一種此系統(tǒng)都識別，經(jīng)過自己的反復(fù)調(diào)試，終于把問題解決了。 同理， 點(diǎn)擊加噪按鈕組中的頻譜按鈕 、幅度按鈕和相位按鈕 ，系統(tǒng)會(huì)在坐標(biāo)系中顯示加入噪聲后信號的頻譜波形 、幅度波形和相位波形 ， 分別 如圖 4圖 4圖 49 所 18 示。 16 4 系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行 系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，保存到指定位置，下面進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行。IIR 濾 波 后 信 號 的 相 位 39。IIR 濾 波 后 信 號 的 幅 度 39。IIR 濾 波 后 信 號 的 頻 譜 39。 subplot(2,1,2)。 angZ=angle(Z)。 global mags； global magZ； global angs； global angZ； N=5。)即可。 title(39。 %設(shè)計(jì) IIR 濾波器 % magZ=abs(Z)。 global s。title(39。 %播放濾除噪聲后的聲音信號 plot(z)。 global angZ。title(39。)。 %噪聲為 5kHz 的余弦信號 s=I+d。 global magS。)。 xlabel(39。ylabel(39。 magy=abs(y)。幅值 39。N=128(a)39。plot(f,magy)。 %打開信號 12 sound(x)。title(39。 %取變換后的幅值和角度 plot(magX)。 功能函數(shù)如下 。原始信號波形 39。)。 global X。然后編寫功能函數(shù)，本設(shè)計(jì)中該按鈕的功能是繪制原始波形，那么只需要讀取語音信號并畫出波形。 ⑵ 選擇空白模板選項(xiàng)條，單擊 OK，一個(gè)空白 GUI 模板生成 ⑶ 拖拉白色框的右下角調(diào)整界面大小，現(xiàn)在就可以開始設(shè)計(jì) GUI 功能界面了。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 FIR 系統(tǒng)函數(shù)去逼近。從廣義上講，語音信號的頻域分析包括語音信號的頻譜、功率譜、倒頻譜、頻譜包絡(luò)分析等，而常用的頻域分析方法有帶通濾波器組法、傅里葉變換法、線件預(yù)測法等幾種。向量 x則就代表了一個(gè)信號（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個(gè)信號表達(dá)式一樣 8 處理這個(gè)聲音信號。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 GUIDE 是 Matlab 提供的圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境，提供了一系列用于創(chuàng)建圖形用戶界面的工具，從而簡化界面布局和編程工作。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。在濁音段表現(xiàn)出周期信號的特征，在清音段表現(xiàn)出隨機(jī)噪聲的特征 [8]。它包括語音編碼、語音合成、語音識別和說話人識別四大分支 [6]。 語 音信號處理的進(jìn)展 語音信號處理是研究用數(shù)字信號處理技術(shù)和語音學(xué)知識對語音信號進(jìn)行處理的新興的學(xué)科，是目前發(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。作為高科鼓應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，語音信號采集與分析從理 論的研究到產(chǎn)品的開發(fā)已經(jīng)走過了幾十個(gè)春秋并且取得了長足的進(jìn)步。 讓計(jì)算機(jī)能聽懂人類的語言，是人類自計(jì)算機(jī)誕生以來夢寐以求的想法，用現(xiàn)代手段研究語音信號，使人們能更加有效地產(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、獲取和應(yīng)用語音信息 [2]。然后我們還可以通過 sound命令來對語音信號進(jìn)行回放，以便在聽覺上來感受聲音的變化。本文簡要介紹了語音信號采集與分析的發(fā)展史以及語音信號的特征、采集與分析方法，并通過 PC 機(jī)錄制一段聲音，采集語音信號后，在 MATLAB軟件 平臺上進(jìn)行頻譜分析 ,并對所采集的語音信號加入干擾噪聲，對加入噪聲的信號進(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。 MATLAB 1 1 緒論 選題的背景和意義 語言是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年人類文明史的根本手段，沒有語言就沒有今天的人類文明。現(xiàn)在，人類已開始進(jìn)入了信息化時(shí)代，用現(xiàn)代手段研究語音信號，使人們能更加有效地產(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、獲取和應(yīng)用語音信息，這對于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展具有十分重要的意義。語音信號采集與分析是以語音語言學(xué)和數(shù)字信號處理為基礎(chǔ)而形成的一門涉及面很廣的綜合性學(xué)科，與心理、生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信與信息科學(xué)以及模式識別和人工智能等學(xué)科都有著非常密切的關(guān)系。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(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，以及用于輸入語音與參考樣本之間時(shí)間匹配的動(dòng)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）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。 語音信號的特點(diǎn) 通過對大量語音信號的觀察和分析發(fā)現(xiàn)，語音信號主要有下面兩個(gè)特點(diǎn)： （ 1）在頻域內(nèi)，語音信號的頻譜分量主要集中在 300～ 3400Hz 的范圍內(nèi)。 運(yùn)用Matlab 進(jìn)行仿真分析，最后加入噪聲進(jìn)行濾波處理，比較濾波前后的變化?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己 6 以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用 [9]。采樣頻率的倒數(shù)是采樣周期或者叫作 采樣時(shí)間 ，它是采樣之間的時(shí)間間隔。 [N1 N2]表示讀取從 N1 點(diǎn)到 N2 點(diǎn)的值（若只有一個(gè) N 的點(diǎn)則表示讀取前 N 點(diǎn)的采樣值） [10]。 函數(shù) FFT的另一種調(diào)用格式 為 y=fft(x,N)，式中， x， y意義同前， N為正整數(shù)。 數(shù)字濾波器的作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性對輸入信號波形 (或頻譜 )進(jìn)行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預(yù)定的要求對信號進(jìn)行變換。相反， FIR 濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位，然而由于 FIR 濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)，所以只能用較高的階數(shù)達(dá)到高的選擇性；對于同樣的濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)， FIR 濾波器所要求的階數(shù)可以比 IIR 濾波器高 5~10 倍，結(jié)果，成本較高，信號延時(shí)也較大；如果按相同的選擇性和相同的線性要求來說，則 IIR 濾波器就必須加全 通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位較正，同樣要大增加濾波器的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性 [12]。 單擊空間框左側(cè)的 Push Button 按鈕，在圖形編輯框中確定其位置后單擊鼠標(biāo)左鍵即可放置。 圖 31圖形用戶界面總體圖 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn) ⑴ 信號的打開 在“打開信號”按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 view callbacks→ callback，在 M文件中找到該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置，然后編寫功能函數(shù) 。}。 angX=angle(X)。 sound (I)。 %定義全局變量 X=fft(I,4096)。 title(39。 x=wavread(39。 %取其幅值 f=(0:length(y)1)39。幅值 39。頻率（ Hz） 39。grid fs=100。 xlabel(39。)。)。 %定義全局變量 global d。 %打開聲音信號 t=0:1/22050:(length(I)1)/22050。 %播放加噪聲后的語音信號 plot(s)。title(39。 global s。 %設(shè)計(jì) FIR 濾波器 14 magZ=abs(Z)。title(39。)即可。 b=1。IIR 濾波后信號波形 39。) 和plot(angZ)。 global Z。 mags=abs(s)。)。 Butterworth 頻譜波形、幅度波形和相位波形的顯示程序和波形的顯示程序類似 ， 只需修改兩句顯示程序 ， 分別改為 : subplot(2,1,1)。) ；subplot(2,1,1)。) 和subplot(2,1,1)。)即可。 圖 43原始信號頻譜 ⑸ 點(diǎn)擊“相位”按鈕，在坐標(biāo)系中會(huì)顯示已打開信號的相位波形，相位波形如圖 44 所示 。 20 圖 410 FIR濾波后信號波形 圖 411 FIR濾波后信號頻譜 圖 412 FIR濾波后信號幅度 21 圖 413 FIR濾波后信號相位 圖 414 IIR濾波后信號波形 圖 415 IIR濾波后信號頻譜 22 圖 416 IIR濾波后信號 幅值 圖 417 IIR濾波后信號相位 ⑽ 點(diǎn)擊 butterworth 按鈕組中的波形按鈕，系統(tǒng)會(huì)在坐標(biāo)系中顯示 分別用 FIR和 IIR 濾除 噪聲后信號的波形，波形如圖 418 所示。也就是說，