基于matlab的fir濾波器語音信號去噪(編輯修改稿)
2025-07-24 18:15 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 cord（）函數(shù)完成，例如：y=wavrecord(13*fs,fs,)?？梢杂脕礓浿?3秒的語音，wavplay（y,fs）。 用來播放錄制的語音，wavwrite(y,fs,39。39。)；wavwrite(y,39。39。)。兩句則是將錄制的語音保存下來。[5] 語音信號的讀入與打開 在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。39。)。用于讀取語音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。 wavplay（y,fs）；用于語音的播放，也可以使用sound(y)； 用于對聲音的回放。向量y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”，也可以說像處理一個(gè)信號的表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號。在MATLAB中，實(shí)現(xiàn)語音的讀入，并繪出了語音信號的原始信號圖可采用fs=11025。 語音信號的采樣頻率為11025，x1=wavread(39。39。)。 讀取語音信號的數(shù)據(jù)賦給變量，sound(x1,11025)。 用于播放語音信號。語音信號是一種非平穩(wěn)的時(shí)變信號，它攜帶著各種信息。在語音編碼、語音合成、語音識(shí)別和語音增強(qiáng)等語音處理中無一例外需要提取語音中包含的各種信息。語音信號分析的目的就在與方便有效的提取并表示語音信號所攜帶的信息。語音信號分析可以分為時(shí)域和變換域等處理方法，其中時(shí)域分析是最簡單的方法，直接對語音信號的時(shí)域波形進(jìn)行分析，提取的特征參數(shù)主要有語音的短時(shí)能量，短時(shí)平均過零率，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)等。原始語音信號圖如圖321所示：圖321 原始語音信號圖如圖中提取的語音的波形圖所示，整段音頻數(shù)據(jù)中得聲音高低起伏與錄入的聲音信號基本一致。 語音信號的FFT變換FFT即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。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。函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換，其調(diào)用格式為y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT且和x相同長度；若x為一矩陣，則y是對矩陣的每一列向量進(jìn)行FFT。如果x長度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基－2FFT算法，否則fft執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。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)。函數(shù)執(zhí)行N點(diǎn)的FFT，若x為向量且長度小于N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長度N；若向量x的長度大于N，則函數(shù)截短x使之長度為N；若x 為矩陣，按相同方法對x進(jìn)行處理。對語音信號進(jìn)行FFT變換就是為了得到它的頻域的圖形，便于從圖中觀察出信號的幅度等特性。如圖331所示即為原始信號幅值圖： 圖331 原始信號幅值圖 信號的傅立葉表示在信號的分析與處理中起著重要的作用。因?yàn)閷τ诰€性系統(tǒng)來說，可以很方便地確定其對正弦或復(fù)指數(shù)和的響應(yīng)，所以傅立葉分析方法能完善地解決許多信號分析和處理問題。語音信號經(jīng)過FFT變換之后，就可以得到信號的頻域圖形，另外，傅立葉表示使信號的某些特性變得更明顯，因此，它能更深入地說明信號的各項(xiàng)宏物理現(xiàn)象。從圖中可以看出語音信號的截止頻率為4000Hz。在MATLAB軟件平臺(tái)下，給原始的語音信號疊加上噪聲，噪聲類型分為如下幾種：白噪聲、單頻噪聲（正弦干擾）、多頻噪聲（多正弦干擾）、其他干擾，可設(shè)置為低頻、高頻、帶限噪聲、Chirp干擾、沖激干擾。繪制出疊加噪聲之后的語音信號時(shí)域圖形及頻域圖形，在視覺上與原始信號圖形對比，也可以通過Windows播放軟件或者是利用MATLAB中的sound()函數(shù)從聽覺上進(jìn)行對比，分析并體會(huì)含噪語音信號頻譜和時(shí)域波形的改變。加噪后語音信號時(shí)域及頻域圖如圖341所示： 圖341 加噪后信號的時(shí)域及頻域圖與原始信號對比，加入噪聲后的波形與原始信號相比出現(xiàn)了一些區(qū)別：先原始信號沒加噪音之前0到2000有幅值，在4000到6000之間沒有幅值，但是在加了噪音之后4000到6000之間出現(xiàn)超過最大幅值15，超出了正常值。圖331所示的原始信號幅度譜與加噪后圖341所示的信號頻譜對比可看出。 FIR濾波器的設(shè)計(jì)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。數(shù)字濾波器可以理解為是一個(gè)計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號的數(shù)字時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號的數(shù)字時(shí)間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號按預(yù)定的形式變化。數(shù)字濾波器有多種分類，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時(shí)域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應(yīng)（IIR）濾波器和有限長沖激響應(yīng)（FIR）濾波器。從性能上來說，IIR濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)可位于單位圓內(nèi)的任何地方，因此可用較低的階數(shù)獲得高的選擇性，所用的存貯單元少，所以經(jīng)濟(jì)而效率高。但是這個(gè)高效率是以相位的非線性為代價(jià)的。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。相反，F(xiàn)IR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)，F(xiàn)IR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。整體來看，IIR濾波器達(dá)到同樣效果階數(shù)少，延遲小，但是有穩(wěn)定性問題，非線性相位；FIR濾波器沒有穩(wěn)定性問題，線性相位，但階數(shù)多，延遲大。 給出濾波器的歸一化性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)各種類型的濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）來對疊加噪聲后的與語音信號進(jìn)行濾波處理。[4] 利用FIR濾波器濾波利用凱瑟窗設(shè)計(jì)低通FIR濾波器，利用凱瑟窗設(shè)計(jì)高通FIR濾波器對合成的含噪信號進(jìn)行濾波，繪制出FIR濾波器的頻率響應(yīng)，繪出濾波后的時(shí)域波形和頻譜圖，并對濾波前后的信
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