【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Fs=8000Hz和數(shù)據(jù)位Nbit=8bit 放進(jìn)MATLAB工作空間，然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。程序如下：fs = 8000 。 %給出抽樣頻率Nbits = 8 。 %放入數(shù)據(jù)位[ x ,fs ,Nbits ] = wavread (39。39。) 。 %把語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加載入Matlab 仿真軟件平臺(tái)中figure(1)。subplot(121)。stem(x) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖39。) 。下圖所示圖61就是相對(duì)無噪聲的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形。從圖中可以看出在時(shí)域環(huán)境下，該信號(hào)呈現(xiàn)出了6個(gè)不規(guī)則的信號(hào)波峰。 圖61 原語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形然后對(duì)原信號(hào)進(jìn)行頻域分析，通過下面的MATLAB程序，對(duì)原信號(hào)進(jìn)行FFT變換。程序如下：n = length (x) 。 %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度x1 = fft (x ,n) 。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。 %對(duì)頻譜圖進(jìn)行平移f1 = 0 :fs/ n :fs * (n 1) / n 。 %得出頻點(diǎn)figure(1)。subplot(122)。plot (f1 ,abs(x2) ) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖39。) 。pause。sound(x ,fs) 。 %對(duì)加載的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放pause。信號(hào)頻譜圖如下圖62所示 圖62 原語(yǔ)音信號(hào)頻域波形可以看出該相對(duì)無噪聲的語(yǔ)音信號(hào)在3500Hz與4500HZ時(shí)達(dá)到了高峰，在3000Hz~~5000Hz范圍內(nèi)比較集中。 噪音信號(hào)合成和分析本次設(shè)計(jì)中，加入的噪音信號(hào)為高斯噪音信號(hào)MATLAB中產(chǎn)生高斯白噪聲非常方便，可以直接應(yīng)用兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是WGN，另一個(gè)是AWGN。WGN用于產(chǎn)生高斯白噪聲，AWGN則用于在某一信號(hào)中加入高斯白噪聲。利用函數(shù)y = awgn(x,SNR) 在信號(hào)x中加入高斯白噪聲。然后對(duì)于合成后的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。程序如下：fs = 8000 。 %給出抽樣頻率Nbits = 8 。 %放入數(shù)據(jù)位[x,fs,Nbits ] = wavread (39。39。) 。 %把語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加載入Matlab 仿真軟件平臺(tái)中y = awgn(x,0) %在原信號(hào)x中加入高斯噪聲yfigure(1)。subplot(121)。stem(y) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖39。) 。合成后信號(hào)y的時(shí)域波形圖如圖63所示。從圖中可知，原信號(hào)6個(gè)比較明顯的波峰已經(jīng)不見，整個(gè)含噪音的信號(hào)波峰與波谷不再明顯，波形圖起伏不大，趨于平穩(wěn)。 圖63 含噪音的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形圖對(duì)合成后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻域分析，程序如下：n = length (y) 。 %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度x1 = fft (y ,n) 。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。 %對(duì)頻譜圖進(jìn)行平移f1 = 0 :fs/ n :fs * (n 1) / n 。 %得出頻點(diǎn)figure(1)。subplot(122)。plot (f1 ,abs(x2) ) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖39。) 。pause。sound(y ,fs) 。 %對(duì)加載的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放pause。合成后的語(yǔ)音信號(hào)頻域波形圖如圖64所示。 圖64 合成后的語(yǔ)音信號(hào)頻域波形圖 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是用雙線性變換法設(shè)計(jì)Butterworth低通型濾波器。濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)主要有αp，Ωp，αs和Ωs。其中Ωp和Ωs分別稱為通帶邊界頻率和阻帶截止頻率，αp稱為通帶最大衰減（即通帶[0，Ωp]中允許A（Ω）的最大值），αs稱為阻帶最小衰減（即阻帶Ω≥ΩS上允許A（Ω）的最小值），αp和αs的單位為dB。以上指標(biāo)如圖65所示。 圖65 模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)程序如下：fs = 8000 。 %給出抽樣頻率Nbits = 8 。 %放入數(shù)據(jù)位[x,fs,Nbits ] = wavread (39。39。) 。 %把語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加載入Matlab 仿真軟件平臺(tái)中y= awgn(x,0) %在原信號(hào)x中加入高斯噪聲y[b,a]=butter(8,)。z=filter(b,a,x)。 figure(1)。subplot(121)。stem(z) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖39。) 。n = length (z) 。 %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度x1 = fft (z ,n) 。 %傅里葉變換x2 = fftshift (x1) 。 %對(duì)頻譜圖進(jìn)行平移f1 = 0 :fs/ n :fs * (n 1) / n 。 %得出頻點(diǎn)figure(2)。subplot(122)。plot (f1 ,abs(x2) ) 。title (39。語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖39。) 。下圖分別為濾波后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形圖與頻域波形圖：圖66 濾波后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域波形圖 圖67 濾波后語(yǔ)音信號(hào)頻域波形圖 結(jié)果分析對(duì)比兩個(gè)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖和頻譜圖，以便更好的進(jìn)行比較和分析。由此得出的對(duì)比圖像如下圖68，圖69所示。(a) 原信號(hào)時(shí)域波形圖 （b）濾波后信號(hào)時(shí)域波形圖 圖68 語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域?qū)Ρ葓D （a） 原信號(hào)頻譜圖 (b) 濾波后信號(hào)頻譜圖 圖69 語(yǔ)音信號(hào)頻域?qū)Ρ葓D 結(jié)論與展望至此，本論文已經(jīng)基本完成，在本次課程設(shè)計(jì)中，完成了以下內(nèi)容：1． 本次設(shè)計(jì)較好的完成了對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的錄制和合成，同時(shí)利用MATLAB軟件對(duì)其進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析，得出了信號(hào)的時(shí)域圖和頻域圖。2． 本次設(shè)計(jì)也比較好的利用MATLAB軟件模擬了一個(gè)低通濾波器，對(duì)錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理，分析比較結(jié)果，與課題要求基本相符。3． 在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的濾波這一方面，本次設(shè)計(jì)主要是從Butterworth型IIR(無限長(zhǎng)脈沖響應(yīng))低通濾波器入手來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并且也基本實(shí)現(xiàn)了濾波器的功能。語(yǔ)音信號(hào)處理是語(yǔ)音學(xué)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，課題在這里不討論語(yǔ)音學(xué)，而是將語(yǔ)音當(dāng)做一種特殊的信號(hào)，即一種“復(fù)雜向量”來看待。也就是說，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。本次課程設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在某一實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用這一實(shí)例，這里就是指對(duì)語(yǔ)音的處理。作為存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)中的語(yǔ)音信號(hào)，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(duì)其進(jìn)行處理了。課題的特色在于它將語(yǔ)音看作了一個(gè)向量，于是語(yǔ)音數(shù)字化了，則可以完全利用數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)來解決。我們可以像給一般信號(hào)做頻譜分析一樣，來給語(yǔ)音信號(hào)做頻譜分析，也可以較容易的用數(shù)字濾波器來對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行濾波處理。本文研究了基于MATLAB下的IIR濾波器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)、進(jìn)行了數(shù)字信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理中的濾波器設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)字信號(hào)分別進(jìn)行了時(shí)域分析和頻域分析并且對(duì)之進(jìn)行了濾波處理，取得了顯著的效果。在這里，用到了處理數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)有力工具M(jìn)ATLAB，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(yǔ)音與數(shù)字信號(hào)的理論之間搭了一座橋。利用MATLAB強(qiáng)大的運(yùn)算和作圖功能來設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，使原來繁瑣的程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化成函數(shù)的調(diào)用。以數(shù)字濾波器為例，分別從時(shí)域和頻域詳細(xì)地分析了語(yǔ)音信號(hào)的特性，并以MATLAB的聲音處理函數(shù)設(shè)計(jì)了一組語(yǔ)音濾波的程序。只要以正確的指標(biāo)參數(shù)調(diào)用相應(yīng)的濾波器設(shè)計(jì)程序或工具箱函數(shù)，便可以得到正確的設(shè)計(jì)結(jié)果，使用非常方便，這有利于學(xué)生理解算法的意義，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而引發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理算法的進(jìn)一步思考。 該方法很容易擴(kuò)展到語(yǔ)音的其它處理。所以MATLAB已成為數(shù)字濾波器研究與應(yīng)用的一個(gè)直觀、高效、便捷的利器。綜上所述，利用Matlab的信號(hào)處理工具箱能夠方便快捷地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)各種濾波器，這對(duì)于信號(hào)的傳輸和處理有著極其重要的作用。致 謝通過幾個(gè)月的努力，在不斷的學(xué)習(xí)與實(shí)踐下，現(xiàn)在本次設(shè)計(jì)已經(jīng)完成。在此之際，本人要特別感謝在此次設(shè)計(jì)寫作的過程中給予我?guī)椭娜藗?。首先感謝我本次的論文指導(dǎo)老師——趙發(fā)老師，在這幾個(gè)月中，趙發(fā)老師不斷的幫助豐富我的理論知識(shí)，給我講解論文設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，幫助我完善設(shè)計(jì)方案。正是因?yàn)橛辛怂募?xì)心解答與耐心輔導(dǎo)幫助，才使我在遇到困難時(shí)能夠順利的度過，使本次的設(shè)計(jì)進(jìn)一步的發(fā)展，使設(shè)計(jì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍，進(jìn)一步的升華。然后感謝我的同學(xué)們，特別是周照同學(xué)，他們?cè)谖彝瓿杀敬握n程設(shè)計(jì)的過程中，不斷的幫助我搜集資料，共同幫我討論設(shè)計(jì)方案，幫助我解決設(shè)計(jì)中所遇到的種種難題，總之，在學(xué)習(xí)生活各個(gè)方面給于我無微不至的幫助。有了他們的幫助，我才能更好的學(xué)習(xí)生活，更好的完成我的本次設(shè)計(jì)。再次感謝你們，有了你們的幫助，我才能順利的完成這篇設(shè)計(jì)。謝謝你們！以后的生活中，我也一定會(huì)更加努力的！謝謝！ 作 者： 日 期： 2010 年 6 月 16 日參考文獻(xiàn)[1] 劉敏，魏玲. Matlab 通信仿真與應(yīng)用【M】. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2001 .[2] 樓順天, 劉小東, 的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)【J】.信號(hào)處理. 西安: 西安電子科技大學(xué), 2005.[3] 陳懷深. MATLAB及其在理工課程中的應(yīng)用指南【M】.西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.[4] 程佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程【M】.北京: 清華大學(xué)出版社,2002.[5] 【J】.吉林水利學(xué)報(bào)，2002,5（5）：3538[6] Fisk, C. Some developments in equilibrium traffic assignment【J】. Transportation Research B, 1980,14(3): 243255.[7] 徐明遠(yuǎn)，【M】.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005[8] Dial, . A probabilistic multipath assignment model whichobviates path enumeration 【J】. Transportation Research,1971( 5) : 83111.[9] 雷學(xué)堂，【J】.合肥學(xué)院學(xué)報(bào)【自然科學(xué)版】，2006(3)：4852[10] 于潤(rùn)偉. MATLAB基礎(chǔ)及應(yīng)用【M】. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，[11] 【M】.北京：北京理工大學(xué)出版社，重版[12] Heinz Spiess, Michael Florian. Optimal strategies : A New Assignment Model for Transit Networks 【J】.Transportation Research Part B,1989,23(2):83102.[13] SORIAE,CALPEJ,CHAMBERSJ, analysis of a variable stepsize normalized LMS adap tive filter algorithm【J】.IEEE Transact ions on Education,2004,47(1):127133[14] 衷小平，王艷芳，【J】.上海：實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2002(2):5860[15] 趙紅怡，【M】.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2002:6869[16] 陳桂明，張明照，戚紅雨. 應(yīng)用MATLAB語(yǔ)言處理數(shù)字信號(hào)與數(shù)字圖像【M】.北京：科學(xué)出版社，[17] 樓順天，李博菡. 基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)——信號(hào)處理【M】. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，[18] 李文廣，陳健. 數(shù)字濾波器的信號(hào)流圖方程和計(jì)算機(jī)求解【J】.上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，1998,(06)[19] 石云霞，張志偉，【J】.青島建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)， 2004[20] 趙博. MATLAB環(huán)境下的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)及其應(yīng)用【J】. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2005，(02) 附錄A: 外文文獻(xiàn)及其譯文A Filter PrimerAbstract: This prehensive article covers all aspects of analog filters. It first addresses the basic types: first and secondorder filter