【文章內(nèi)容簡介】 鈕,可以實(shí)現(xiàn)所錄音的重現(xiàn)。以文件名“speech”保存入C:\MATLAB6p5\work 中?？梢钥吹?文件存儲(chǔ)器的后綴默認(rèn)為. wav ,這是WINDOWS 操作系統(tǒng)規(guī)定的聲音文件存的標(biāo)準(zhǔn)。 語音信號(hào)的時(shí)頻分析MATLAB軟件平臺(tái)下，利用wavread函數(shù)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)wavread 函數(shù)調(diào)用格式y(tǒng)=wavread(file)%讀取file所規(guī)定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。[y,fs,nbits]=wavread(file) %采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(hz)，nbits表示采樣位數(shù)。y=wavread(file，N)%讀取錢N點(diǎn)的采樣值放在向量y中。y=wavread(file，[N1,N2])%讀取從N1到N2點(diǎn)的采樣值放在向量y中。：[y,fs,nbits]=wavered (39。speech39。)。 %把語音信號(hào)進(jìn)行加載入MATLAB 仿真軟件平臺(tái)中fs = 44100nbits = 16首先畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在MATLAB中利用fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性。其程序如下：[y,fs,nbits]=wavread (39。speech39。)。sound(y,fs,nbits)。 %回放語音信號(hào)n = length (y) 。 %求出語音信號(hào)的長度Y=fft(y,n)。 %傅里葉變換subplot(2,1,1)。plot(y)。title(39。原始信號(hào)波形39。)。subplot(2,1,2)。plot(abs(Y))。title(39。原始信號(hào)頻譜39。)程序結(jié)果如圖41所示。圖41 原始信號(hào)特征 語音信號(hào)加噪與頻譜分析利用MATLAB中的隨機(jī)函數(shù)(rand或randn)產(chǎn)生噪聲加入到語音信號(hào)中，模仿語音信號(hào)被污染，并對(duì)其頻譜分析。其程序如下：[y,fs,nbits]=wavread (39。speech39。)。n = length (y) 。 %求出語音信號(hào)的長度noise=*randn(n,2)。 %隨機(jī)函數(shù)產(chǎn)生噪聲s=y+noise。 %語音信號(hào)加入噪聲 subplot(2,1,1)。plot(s)。title(39。加噪語音信號(hào)的時(shí)域波形39。)。S=fft(s)。 %傅里葉變換subplot(2,1,2)。plot(abs(S))。title(39。加噪語音信號(hào)的頻域波形39。)程序結(jié)果如圖42所示。圖42 加噪信號(hào)特征 設(shè)計(jì)FIR和IIR數(shù)字濾波器IIR濾波器和FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法完全不同。IIR濾波器設(shè)計(jì)方法有間接法和直接法，間接法是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的。其設(shè)計(jì)步驟是：先設(shè)計(jì)過渡模擬濾波器得到系統(tǒng)函數(shù)H(s)，然后將H(s)按某種方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。FIR濾波器采用間接法，常用的方法有窗函數(shù)法、頻率采樣發(fā)和切比雪夫等波紋逼近法。對(duì)于線性相位濾波器，經(jīng)常采用FIR濾波器。對(duì)于數(shù)字帶通濾波器的設(shè)計(jì)，通用方法為雙線性變換法?？梢越柚谀M濾波器的頻率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)一個(gè)所需類型的過渡模擬濾波器，再經(jīng)過雙線性變換將其轉(zhuǎn)換策劃那個(gè)所需的數(shù)字濾波器。具體設(shè)計(jì)步驟如下：(1)確定所需類型數(shù)字濾波器的技術(shù)指標(biāo)。(2)將所需類型數(shù)字濾波器的邊界頻率轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬濾波器的邊界頻率，轉(zhuǎn)換公式為Ω=2/T tan()(3)將相應(yīng)類型的模擬濾波器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成模擬低通濾波器技術(shù)指標(biāo)。(4)設(shè)計(jì)模擬低通濾波器。(5)通過頻率變換將模擬低通轉(zhuǎn)換成相應(yīng)類型的過渡模擬濾波器。(6)采用雙線性變換法將相應(yīng)類型的過渡模擬濾波器轉(zhuǎn)換成所需類型的數(shù)字濾波器。我們知道，脈沖響應(yīng)不變法的主要缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生頻譜混疊現(xiàn)象，使數(shù)字濾波器的頻響偏離模擬濾波器的頻響特性。為了克服之一缺點(diǎn)，可以采用雙線性變換法。下面我們總結(jié)一下利用模擬濾波器設(shè)計(jì)IIR數(shù)字低通濾波器的步驟：(1)確定數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)：通帶邊界頻率、通帶最大衰減，阻帶截止頻率、阻帶最小衰減。(2)將數(shù)字低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)。(3)按照模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)及過渡模擬低通濾波器。(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)。如前所述，IIR濾波器和FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有很大的區(qū)別。下面我們著重介紹用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR濾波器的步驟。如下：(1)根據(jù)對(duì)阻帶衰減及過渡帶的指標(biāo)要求，選擇串窗數(shù)類型(矩形窗、三角窗、漢寧窗、哈明窗、凱塞窗等)，并估計(jì)窗口長度N。先按照阻帶衰減選擇窗函數(shù)類型。原則是在保證阻帶衰減滿足要求的情況下，盡量選擇主瓣的窗函數(shù)。(2)構(gòu)造希望逼近的頻率響應(yīng)函數(shù)。(3)計(jì)算h(n)。(4)加窗得到設(shè)計(jì)結(jié)果。接下來，我們根據(jù)語音信號(hào)的特點(diǎn)給出低通濾波器的性能指標(biāo)：fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=50db ,Ap=1dB在MATLAB中，可以利用函數(shù)fir1設(shè)計(jì)FIR濾波器，利用函數(shù)butter,cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器，利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各步步器的頻率響應(yīng)。hn=fir1(M，wc，window)，可以指定窗函數(shù)向量window。如果缺省window參數(shù)，則fir1默認(rèn)為哈明窗。其中可選的窗函數(shù)有Rectangular Barlrtt Hamming Hann Blackman窗，其相應(yīng)的都有實(shí)現(xiàn)函數(shù)。MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)buttp buttor butter是巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)，其有5種調(diào)用格式，本課程設(shè)計(jì)中用到的是[N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,’s’),該格式用于計(jì)算巴特沃斯模擬濾波器的階數(shù)N和3dB截止頻率wc。MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)。我們用到的是cheeby1函數(shù)，其調(diào)用格式如下：[B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,’ftypr’)[B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,’ftypr’,’s’) 函數(shù)butter,cheby1和ellip設(shè)計(jì)IIR濾波器時(shí)都是默認(rèn)的雙線性變換法，所以在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)只需要代入相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)函數(shù)即可。下面我們將給出FIR和IIR數(shù)字濾波器的主要程序。IIR低通濾波器程序：Ft=8000。Fp=1000。Fs=1200。wp=2*pi*Fp/Ft。ws=2*pi*Fs/Ft。fp=2*Ft*tan(wp/2)。fs=2*Fs*tan(wp/2)。[n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,39。s39。)。 %求低通濾波器的階數(shù)和截止頻率[b11,a11]=butter(n11,wn11,39。s39。)。 %求S域的頻率響應(yīng)的參數(shù) [num11,den11]=bilinear(b11,a11,)。 %利用雙線性變換實(shí)現(xiàn)頻率響應(yīng)S域到Z域的變換 [h,w]=freqz(num11,den11)。 %根據(jù)參數(shù)求出頻率響應(yīng)plot(w*8000*,abs(h))。legend(39。用butter設(shè)計(jì)39。)。grid生成相應(yīng)圖片如圖43所示。圖43 IIR低通濾波器相應(yīng)的IIR帶通濾波器程序見附錄 1生成相應(yīng)圖片見圖44所示。圖44 IIR帶通濾波器FIR低通用窗函數(shù)設(shè)計(jì)低通濾波器的程序：Ft=8000。Fp=1000。Fs=1200。wp=2*Fp/Ft。