【正文】 另外感謝我的室友，在我煩惱的時(shí)候，做不下去的時(shí)候總是鼓勵(lì)我、勉勵(lì)我。 首先感謝陳海燕 老師的悉心指導(dǎo)，使我受益匪淺。 最后，無(wú)論做什么樣的實(shí)驗(yàn)，都需要要有一定的理論知識(shí)作為基礎(chǔ)，同時(shí)通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我對(duì)于以前所學(xué)的數(shù)字信號(hào)處理知識(shí)有了更深的理解。 再次，在做實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中會(huì)遇到很多的困難，在困難面前不要放棄，只要有細(xì)心和耐心，堅(jiān)持下去會(huì)達(dá)到想要的設(shè)計(jì)結(jié)果。同時(shí) ，因?yàn)檎麄€(gè)設(shè)計(jì)都是在MATLAB 這個(gè)平臺(tái)下完成的，這不得不驅(qū)使我去學(xué)習(xí) MATLAB 這個(gè)軟件，因此我對(duì) MATLAB 這個(gè)軟件有了進(jìn)一步的了解，學(xué)了會(huì)用 MATLAB 對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。這一個(gè)過(guò)程，我認(rèn)為， 是我學(xué)到東西最多的地方， 一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程。在以后的工作和學(xué)習(xí)中會(huì)更加努力來(lái)完善設(shè)計(jì)任務(wù)。 end 程序運(yùn)行可以聽(tīng)到聲音 ， 得到的結(jié)果分別圖 412 和圖 413 所示 ： 26 27 圖 49隨機(jī) 噪聲濾波 28 圖 410 正弦噪聲濾波 29 圖 411 原始信號(hào)與濾波后信號(hào)對(duì)比 30 總結(jié) 本設(shè)計(jì)采用了高效快捷的開(kāi)發(fā)工具 —— MATLAB，實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)的采集，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)加噪聲及設(shè)計(jì)濾波器濾除噪聲的一系列工作 。 axis([0 1202000 1 1])。原始信號(hào)波形圖 39。)。 plot(t,f1)。 title(39。fuzhi39。) xlabel(39。)。Hz39。 plot(f,abs(y2(1:512)))。 F0=fft(f2,1024)。 axis([0 1202000 1 1])。 title(39。)。Hz39。 subplot(2,1,2) plot(f,abs(F0(1:512)))。)。 %畫出濾波前的頻譜圖 title(39。 f=fs*(0:511)/512。 title(39。 title(39。%選擇窗函數(shù) ， 并歸一化截止頻率 figure(1) freqz(b,1,512)。 [b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn)。s39。 Ts=1/Fs。 %取整 wn=(+)*pi/2。 wp=*pi。 t=0:(n1)。 ts=1/fs。 noise_mu=0。 [x,fs,bits]=wavread(39。加高斯隨機(jī)噪聲 濾波后信號(hào)波形圖 39。)。)。)。)。Hz39。 subplot(2,1,2) F2=plot(f,abs(F0(1:512)))。)。 %畫出濾波前的頻譜圖 title(39。 f=fs*(0:511)/1024。 title(39。 figure(4) subplot(2,1,1) plot(t,x1) title(39。 ylabel(39。加正弦噪聲濾波后語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖 39。fuzhi39。) xlabel(39。 subplot(2,1,1)。)。)。 figure(2) subplot(2,1,1) plot(t,y)。 [b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn)。s39。 Ts=1/Fs。 ws=*pi。 Au=。 ts=1/fs。 noise_mu=0。用雙線性變換法設(shè)計(jì)了巴特沃斯 16 數(shù)字低通 IIR 濾波器對(duì)兩加噪語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，并繪制了巴特沃斯低 通濾波器的幅度圖和兩加噪語(yǔ)音信號(hào)濾波前后的 時(shí)域圖和 頻譜圖。 ylabel(39。)。 subplot(2,1,2) 。)。原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜 39。 y2=fft(x2,4096)。)。加高斯噪聲后語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域圖 39。 subplot(2,1,2)。)。 %做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖形 title(39。 d=[Au*sin(6*pi*5000*t)]39。)。Hz39。 %繪制原始語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)圖 plot(f,abs(y2(1:512)))。 ylabel(39。)。 figure(2) subplot(2,1,1)。)。t39。 title(39。x39。) xlabel(39。 subplot(2,1,1)。 ts=1/fs。 noise_mu=0。)。繪出加噪聲后的語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域和頻譜圖，在視覺(jué)上與原始語(yǔ)音信號(hào)圖形對(duì)比，也可通過(guò) Windows 播放軟件從聽(tīng)覺(jué)上進(jìn)行對(duì)比，分析并體會(huì)含噪語(yǔ)音信號(hào)頻譜和時(shí)域波形的改變。 ylabel(39。原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜圖 39。 figure(2) freqz(x) %繪制原始語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)圖 title(39。)。原始語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域圖 39。)。 end 9 圖 41 語(yǔ)音信號(hào)的讀入與打開(kāi) 用 MATLAB 繪制出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形圖和原始語(yǔ)音信號(hào)的頻率響應(yīng)圖和原始語(yǔ)音信號(hào)的 FFT 頻譜圖。plot(angX)。title(39。原始信號(hào)頻譜 39。)。 subplot(221)。)。向量 y 則就代表了一個(gè)信號(hào)，也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”，也可以說(shuō)像處理一個(gè)信號(hào)的表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。用于讀取語(yǔ)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)。 8 四、語(yǔ)音信號(hào)分析和濾波處理 語(yǔ)音信號(hào)的采集 把語(yǔ)音信號(hào)并保存為 .wav 文件，長(zhǎng)度小于 50秒，并對(duì)語(yǔ)言信號(hào)進(jìn)行采樣；錄制的軟件可以使用 Windows 自帶的錄音機(jī)，或者也可以使用其它專業(yè)的錄音軟件，錄制時(shí)需要配備錄音硬件（如麥克風(fēng)），為了方便比較，需要在安靜、無(wú)噪音、干擾小的環(huán)境下錄。 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)進(jìn)行的。 (2) 用一個(gè)因果、穩(wěn)定的離散 線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)逼近性能要求。 表 IIR 濾波 器與 FIR 濾波器的性能比較 IIR DF FIR DF （ 1）相位一般是非線性的 （ 1）相位可以做到嚴(yán)格線性 （ 2）不一定穩(wěn)定 （ 2）一定是穩(wěn)定的 （ 3）不能用 FFT 作快速卷積 （ 3）信號(hào)通過(guò)系統(tǒng)可采用快速卷積 （ 4）一定是遞歸結(jié)構(gòu) （ 4）主要是非遞歸結(jié)構(gòu)，也可含遞歸環(huán)節(jié) （ 5）對(duì)頻率分量的選擇性好（零極點(diǎn)可同時(shí)起作用） （ 5）選擇性差 （ 6）相同性能下階次較低 （ 6）相同性能下階次高 （ 7）有噪聲反饋，噪聲大 （ 7）噪聲小 （ 8）運(yùn)算誤差大，有可能出現(xiàn)極限環(huán)振蕩 （ 8）運(yùn)算誤差小，不會(huì)出現(xiàn) 極限環(huán)振蕩 （ 9） H(z)設(shè)計(jì)有封閉形式的公式，一次完成 （ 9）沒(méi)有封閉形式的設(shè)計(jì)公式，須靠經(jīng)驗(yàn)與反復(fù)調(diào)試 7 （ 10）對(duì)計(jì)算手段的要求較低 （ 10）一般需用計(jì)算機(jī)計(jì)算 （ 11）主要用于設(shè)計(jì)分段常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)低通、高通、帶通、帶阻和全通濾波器 （ 11）還可設(shè)計(jì)正交變換器、微分器、線性預(yù)測(cè)器、回波抵消器、均衡器、線性調(diào)頻器等各種網(wǎng)絡(luò)，適用范圍廣 從上面的簡(jiǎn)單比較我們可以看到 IIR 與 FIR 濾波器各有所長(zhǎng)，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)該從多方面考慮來(lái)加以選擇。一般，當(dāng)著眼于濾波器的時(shí)域瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)，采用脈沖響應(yīng)不變法較好，而其它情況下，對(duì)于 IIR 的設(shè)計(jì)，大多采用雙線性變換法。 對(duì)于 IIR 濾波器，它 的極點(diǎn)可以在單位圓內(nèi)的任何位置，實(shí)現(xiàn) IIR 濾波器的階次 可以 較低，所用的存儲(chǔ)單元較少，效率高，又由于 IIR 數(shù)字濾波器能夠保留一些模擬濾波器的優(yōu)良特性，因此應(yīng)用很廣。但是，和其他的高級(jí)語(yǔ)言相比， matlab 程序的執(zhí)行速度較慢。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，不斷完善 MATLAB 產(chǎn)品以提高產(chǎn)品自身的競(jìng)爭(zhēng)能力 Matlab 的數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大，運(yùn)用它來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的分析、處理和可視化相當(dāng)便捷。 fs：樣本采集頻率，為 8000Hz、 11025Hz、 22050Hz 和 44100Hz之一，默認(rèn)值為 8000Hz； nbits：每個(gè)樣本的位數(shù)， 8 位或 16位，默認(rèn)值為 8位； ch：樣本采集通道， 1為單聲道， 2為雙聲道，默認(rèn)值為 1（單聲道）； audiorecorder 對(duì)象創(chuàng)設(shè)后，就可以進(jìn)行相應(yīng)的錄音、暫停、停止、播放以及數(shù)據(jù)讀取等操作。操作時(shí)首先要對(duì)聲卡產(chǎn)生一個(gè)模擬輸入對(duì)象 (ai),給 ai 對(duì)象添加一個(gè)通道設(shè)置采樣頻率后 ,就可以啟動(dòng)設(shè)備對(duì)象 ,開(kāi)始采集數(shù)據(jù) ,采集完成后停止對(duì)象并刪除對(duì)象。 （ 2） 比無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器（ IIR filter）較容易最佳化（ optimize）。在設(shè)計(jì)一個(gè) IIR 數(shù)字濾波器時(shí)，我們根據(jù)指標(biāo)先寫出模擬濾波器的公式，再通過(guò)一定的變換，將模擬濾波器的公式轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的公式。 （ 2） IIR 數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)： IIR 數(shù)字濾波器采用遞歸型結(jié)構(gòu)，即結(jié)構(gòu)上帶有反饋環(huán)路。 數(shù)字濾波器根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以將濾波器分成不同的類別。數(shù)字濾波器（ DF）由加法器、乘法器、存儲(chǔ)延遲單元、時(shí)鐘脈沖濾波器及邏輯單元等數(shù)字電路構(gòu)成。頻域與時(shí)域均衡器也是一種濾波器，通信系統(tǒng)的傳輸媒介如明線、電纜等從特性看也是濾波器。也是人機(jī)交互最重要的一步。 3 二、 基本原理 語(yǔ)音信號(hào)