【正文】 l magZ； global angs； global angZ； N=5。wc=。 %wc 為它的 3dB 邊緣頻率 [b,a]=butter(N,wc)。 %設(shè)計濾波器 y=filter(b,a,I)。 s=fft(y)。 mags=abs(s)。 angs=angle(s)。 magZ=abs(Z)。 angZ=angle(Z)。 subplot(2,1,1)。plot(mags)。title(39。IIR 濾波后信號的幅度 39。)。 z=fftfilt(b,I)。 Z=fft(z)。 subplot(2,1,2)。plot(magZ)。title(39。FIR 濾波后信號的幅度 39。)。 在信號 Butterworth 這一塊按鈕的“相位”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，然后在該按鈕下的回調(diào)函數(shù)位置編寫功能函數(shù)。功能函數(shù)具體如下： global I。 global s。 global Z。 %定義全局變量 global y。 global z。 global mags； global magZ； global angs； global angZ； N=5。wc=。 %wc 為它的 3dB 邊緣頻率 [b,a]=butter(N,wc)。 %設(shè)計濾波器 y=filter(b,a,I)。 s=fft(y)。 mags=abs(s)。 angs=angle(s)。 magZ=abs(Z)。 angZ=angle(Z)。 subplot(2,1,1)。plot(angs)。title(39。IIR 濾波后信號的相位 39。)。 z=fftfilt(b,I)。 Z=fft(z)。 subplot(2,1,2)。plot(angZ)。title(39。FIR 濾波后信號的相位 39。)。 系統(tǒng)的退出 。 “退出”按鈕的 callback 如下 : close。 語音信號采集與分析 15 4 系統(tǒng)調(diào)試及運行 系統(tǒng)設(shè)計完成之后，驗證沒有 BUG 的情況下進(jìn)行調(diào)試和運行。 運行 文件，點擊“打開語音”按鈕，打開提前錄好的聲音信號，在 GUI 坐標(biāo)系中會顯示信號的波形，如圖 41 所示。 圖 41 原始信號的波形圖 點擊“聲音播放”按鈕，系統(tǒng)會播放已經(jīng)打開的語音信號。 點擊“幅度”按鈕，在 GUI 坐標(biāo)系中會顯示已打開信號的幅度波形圖，幅度波形如圖42 所示。 圖 42 原始信號幅值波形圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 16 點擊“頻譜”按鈕，在 GUI 坐標(biāo)系中會顯示已打開信號的頻譜波形，頻 譜波形如圖 43所示。 圖 43 原始信號頻譜波形圖 點擊“相位”按鈕，在 GUI 坐標(biāo)系中會顯示已打開信號的相位波形，相位波形如圖 44所示。 圖 44 原始信號相位波形圖 語音信號采集與分析 17 點擊“定點分析”按鈕，系統(tǒng)會播放聲音信號，在 GUI坐標(biāo)系中會顯示已打開信號的定點分析波形，波形如圖 45 所示。 圖 45 定點分析波形圖 點擊高斯隨機加噪按鈕鈕，系統(tǒng)會播放原聲音信號加入噪聲后的聲音，并顯示原始語音信號頻譜和加噪后的語音信號頻譜圖，如圖 46 所示，加噪后的語音信號，如圖 47 所示，高斯隨機噪聲圖，如圖 48 所示 圖 46 原始語音信號頻譜與加噪后的語音信號頻譜 0 2021 4000 6000 8000 10000 120217 . 8 1 2 57 . 8 1 2 57 . 8 1 2 57 . 8 1 2 5x 1 03原始語音信號頻譜Hz幅值0 2021 4000 6000 8000 10000 120210510加噪后的語音信號頻譜Hz幅值陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 18 圖 47 加噪后的語音信號 圖 48 高斯隨機噪聲 0 5 10 15 20 25 30 351 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 200 . 20 . 40 . 60 . 81加噪后的語音信號t i m e n幅值 n0 1 2 3 4 5 6 7 8x 1 0554321012345高斯隨機噪聲t i m e ( s )幅值語音信號采集與分析 19 點擊 FIR 按鈕組中的波形按鈕，系統(tǒng)會播放濾除噪聲后的語音信號，同時在 GUI坐標(biāo)系中顯示加入濾除噪聲后信號的波形圖，波形圖如圖 49 所示。同理，點擊 FIR 按鈕組中的頻譜、幅度和相位按鈕，系統(tǒng)會在 GUI 坐標(biāo)系中顯示濾除噪聲后信號的頻譜、幅度和相位波形，分別如圖 4圖 41圖 412 所示。 圖 49 FIR 濾波后波形圖 圖 410 FIR 濾波后頻譜波形圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 20 圖 411 FIR 濾波后幅值波形圖 圖 4 12 IIR 濾波后相位波形圖 點擊 IIR 按鈕組中的波形按鈕，系統(tǒng)會播放濾除噪聲后的 語音 信號 ，同時 在 GUI坐標(biāo)系中顯示加入濾除噪聲后信號的波形 圖 ，波形 圖 如圖 413 所示。 分別 點擊 IIR 按鈕組中的頻譜、幅度和相位按鈕，系統(tǒng)會在坐標(biāo)系中顯示濾除噪聲后信號的頻譜、幅度和相位波形，分別如語音信號采集與分析 21 圖 41圖 41圖 416 所示。 圖 413 IIR 濾波后波形圖 圖 414 IIR 濾波后頻譜波形 圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 22 圖 415 IIR 濾波后幅值波形圖 圖 4 16 IIR 濾波后相位波形圖 通過將 FIR 和 IIR 濾波后的各類波形與原始語音信號的各類波形進(jìn)行對比可以看出其各類波形是基本一致的，因此我們所要實現(xiàn)的將噪聲去除恢復(fù)原始語音信號的濾波過程已經(jīng)順利完成。 語音信號采集與分析 23 點擊 Butterworth 按鈕組中的波形按鈕，系統(tǒng)會在 GUI 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 417 所示。同理，分別點擊 Butterworth按鈕組中的頻譜、幅度和相位按鈕，系統(tǒng)會在坐標(biāo)系中顯示分別用 FIR 和 IIR 濾除噪聲后信 號的頻譜、幅度和相位波形，分別如圖 41圖 41圖 420 所示。 圖 417 FIR 和 IIR 濾波后波形圖 圖 418 FIR 和 IIR 濾波后頻譜波形圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 24 圖 419 FIR 和 IIR 濾波后幅度波形圖 圖 420 FIR 和 IIR 濾波后相位波形圖 從對 MATLAB 中 Butter 函數(shù)的調(diào)用后制作的低通濾波器波形圖可以看出，在階數(shù)為 5，邊緣頻率為 3DB 的低通濾波器下，波形在一定程度上進(jìn)行了改變，從而達(dá)到這種我們原本就已經(jīng)設(shè)想濾波效果。 語音信號采集與分析 25 經(jīng)過 一段時間的反復(fù) 調(diào)試，系統(tǒng)可以正 常運行 ，基本 設(shè)計成功。但是在調(diào)試過程中也遇到了 好多 問題， 例如在 打開信號時，我曾自己用 PC 機錄制 聲音信號 后， 通過格式轉(zhuǎn)化 將 mp3文件 轉(zhuǎn)化為 wave 文件 的聲音信號，但是用此系統(tǒng)去打開聲音信號時 ，雖然能打開的，但是卻聽不清楚 ， 后來又截取歌曲進(jìn)行嘗試，但依然不行。 經(jīng)過去圖書館查閱資料、 網(wǎng)上論壇求助 、上網(wǎng)查閱資料等 多種方式 ，知道 wav 格式有很多種， 于是我用轉(zhuǎn)出分別為 8bit， 16bit，24bit， 32bit的轉(zhuǎn)出頻譜的 wav 文件進(jìn)行嘗試仍然不行，這是此次畢設(shè)中的一個不足之處。最終，在論壇中得知 不是每一種此系統(tǒng)都識別 語音 。 另外，在設(shè)計加噪過程中，本來自己設(shè)計了四個按鈕，但卻產(chǎn)生了很多 BUG，在多次修改和調(diào)試失敗后，我決定采用高斯隨機加噪解決此問題，最終還是取得成功。最后，由于這是我第一次使用 GUI系統(tǒng)，所以在此次系統(tǒng)的界面設(shè)計過程中我還是有自己很多不足的地方，需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 26 5 總結(jié) 通過這次課程設(shè)計，使我對語音信號有了全面的認(rèn)識，對數(shù)字信號處理的知識又有了深刻的理解，在之前數(shù)字信號與處理的學(xué)習(xí)以及完成課后的作業(yè)的過程中，已經(jīng)使用過MATLAB，對其有了一些基礎(chǔ)的 了解和認(rèn)識。 本設(shè)計圓滿的完成了對語音信號的讀取與打開，與課題的要求十分相符； 本設(shè)計也較好的完成了對語音信號的頻譜分析，通過 fft變換，得出了語音信號的頻譜圖； 在濾波這一塊，課題主要是從巴特沃斯濾波器入手來設(shè)計濾波器，也從一方面基本實現(xiàn)了濾波； 初略的完成了界面的設(shè)計，但也存在相當(dāng)?shù)牟蛔?，只是很勉強的達(dá)到了打開語音文件、顯示已定濾波前后的波形等圖。 語音信號處理是語音學(xué)與數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，課題在這里不討論語音學(xué)，而是將語音當(dāng)做一種特殊的信號，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)字信號處理技術(shù)。 從課題的中心來看，課題是希望將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用于某一實際領(lǐng)域，這里就是指對語音的處理。作為存儲于計算機中的語音信號，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。 在這里，用到了處理數(shù)字信號的強有力工具 MATLAB，通過 MATLAB 里幾個命令函數(shù)的調(diào)用，很輕易的在實際化語音與數(shù)字信號的理論之間搭了一座橋。通過這次練習(xí)是我進(jìn)一步了解了信號的產(chǎn)生、采樣及頻譜分析的方法。 以及其中產(chǎn)生信號和繪制信號的基本命令和一些基礎(chǔ)編程語言。讓我感受到只有在了 解課本知識的前提下，才能更好的應(yīng)用這個工具；并且熟練的應(yīng)用 MATLAB 也可以很好的加深我對課程的理解，方便我的思維。這次設(shè)計使我了解了 MATLAB 的使用方法，學(xué)會分析濾波器的優(yōu)劣和性能，提高了分析和動手實踐能力。 課題的特色在于它將語音看作了一個向量，于是語音數(shù)字化了，則可以完全利用數(shù)字信號處理的知識來解決。我們可以像給一般信號做頻譜分析一樣，來給語音信號做頻譜分析，也可以較容易的用數(shù)字濾波器來對語音進(jìn)行濾波處理。 最后，還利用了 MATLAB 的另一強大功能 — GUI 界面設(shè)計。設(shè)計出了一個簡易的用戶應(yīng)用界面，可 以讓人實現(xiàn)界面操作。更加方便的進(jìn)行語音的頻譜分析與濾波處理。 但由于知識能力有限，當(dāng)中也存在相當(dāng)?shù)牟蛔?，特別體現(xiàn)在濾波與界面設(shè)計這一塊。至于用戶界面的設(shè)計，由于我還是初次接觸，也未能有特別的掌握，僅就剛學(xué)習(xí)到的一些加以運用，于是設(shè)計的還是很粗燥。特別是對 GUI界面的設(shè)計，還有特別多的地方要學(xué)習(xí)，我相信，進(jìn)一步加強對 MATLAB 的學(xué)習(xí)與研究對我今后的學(xué)習(xí)將會起到很大的幫助。 語音信號采集與分析 27 致 謝 非常感謝我的導(dǎo)師陳敏歌老師！在陳老師細(xì)心的教導(dǎo)下，我才能夠順順利利的完成畢業(yè)設(shè)計和論文。從課程設(shè)計材料的搜集到根據(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，從理論與算法到程序的編寫與仿真，每一步都有陳老師的細(xì)心指導(dǎo)與耐心講解。在學(xué)識淵博的陳老師的熏陶下，使我感覺到自己知識的淺薄，在浩瀚的知識海洋面前，使我感覺到自己要不斷進(jìn)取。 非常感謝我的同學(xué)們，感謝他們給我的幫助與支持，使我在畢業(yè)設(shè)計的過程中少走了不少彎路。 非常感謝我的家人和朋友們，感謝他們從畢業(yè)設(shè)計以來對我的關(guān)心與支持！ 最后，再次感謝理學(xué)院所有的老師，感謝他們四年以來對我的栽培與教育！謝謝大家！ 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 28 參 考 文 獻(xiàn) [1] 楊行俊著 .語音信號數(shù)字處理 [M].北京 :電子工業(yè)出版社 .1995:5261. [2] 張雄偉 ,陳亮 ,現(xiàn)代語音處理技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 .2021:3041. [3] 吳家安著 .語音編碼技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 .2021:6974. [4] 易克初 ,田斌著 . 語音信號處理 [M].北京 :國防工業(yè)出版社 .2021:2326. [5] 胡航著 .語音信號處理 [M]．哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 .2021:115124． [6] 陳永彬 ,王仁華著 .語音信號處理 [M].北京 :中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社 .1990:3651. [7] 張勁松 . 基于 MATLAB 的語音信號采集和分析系統(tǒng)的可視化設(shè)計 [J] .2021(11):24. [8] 張威著 .MATLAB 基礎(chǔ)與編程入門 [M]．西安 :西安電子科技大學(xué)出版社 .2021:6878． [9] 周淵 ,王炳和 ,劉斌勝 .基于 MATLAB 的噪聲信號采集和分析 [J] . 2021（ 7） :5254. [10] 樊昌信著 .通信原理 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2021:4563． [11] 王沫然著 .MATLAB 與計算科 學(xué)（第二版） [M].北京 :電子工業(yè)出版社 .2021:149158. [12] 程佩青著 .數(shù)字信號處理教程（第三版） [M].北京 :清華大學(xué)出版社 .2021:6678. [13] 蔡坤寶著 .Digital Signal Processing [M].北京 :電子工業(yè)出版社 .2021:141216.