【正文】 信息工程學(xué)院 2020/ 2020 學(xué)年第一學(xué)期 課程設(shè)計(jì)報(bào)告 課程名稱(chēng)： 基于 MATLAB 的語(yǔ)音信號(hào)濾波處理 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 統(tǒng)本通信 學(xué) 生 姓 名 XXX XXX 指 導(dǎo) 教 師 XXX 西安歐亞學(xué)院 《數(shù)字信號(hào)處理》課程設(shè)計(jì) 任務(wù)書(shū) 學(xué)生姓名 李虎 學(xué)號(hào) 12520424151053 專(zhuān)業(yè) 通信工程 班級(jí) 1202 學(xué)生姓名 何榮濤 學(xué)號(hào) 12610902150692 專(zhuān)業(yè) 通信工程 班級(jí) 1202 指導(dǎo)教師 魏雯婷 設(shè)計(jì)題目 基于 matlab 的語(yǔ)音信號(hào)濾波處理 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容及基本要求 一、 課程設(shè)計(jì)目的 學(xué)會(huì) MATLAB 的使用，掌握 MATLAB 的程序設(shè)計(jì)方法； 掌握在 Windows 環(huán)境下語(yǔ)音信號(hào)采集的方法； 掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法； 掌握 MATLAB 設(shè)計(jì) FIR、 IIR 數(shù)字濾波器的方法； 學(xué)會(huì)用 MATLAB 對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。 二、 課程設(shè)計(jì)平臺(tái) 計(jì)算機(jī)、 以上 三、 課程設(shè)計(jì)任務(wù) 本課程的主要任務(wù)是語(yǔ)音信號(hào)的采集與處理，包括語(yǔ)音信號(hào)的采集、語(yǔ)音信號(hào)時(shí)域頻域分析、設(shè)計(jì)濾波器并對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理等內(nèi)容。 四、 課程設(shè)計(jì) 研究?jī)?nèi)容 語(yǔ)音信號(hào)的采集； 語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析； 語(yǔ)音信號(hào)加噪與頻譜分析 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器濾除噪聲； 驗(yàn)證濾波器的濾波效果并回放濾波后的語(yǔ)音信號(hào)。 基于 matlab 的語(yǔ)音信號(hào)濾波處理 摘要 ： 本課程設(shè)計(jì)的主要目的是在 MATLAB 環(huán)境下，使用窗口設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器，并對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪。用麥克風(fēng)采集一段語(yǔ)音信號(hào)，繪制波形并觀察其頻譜，給定相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)，用凱塞窗設(shè)計(jì)一個(gè)滿足指標(biāo)的 FIR 濾波器，對(duì)該語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波去噪處理 ，比較濾波前后的波形和頻譜并進(jìn)行分析。此次濾波基本達(dá)到了要求，完成了設(shè)計(jì)指標(biāo)。 用 MATLAB 程序?qū)υ颊Z(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣、頻譜分析，并繪制出采樣后語(yǔ)言信號(hào)時(shí)域波形圖和頻譜圖，并針對(duì)此圖分析語(yǔ)音信號(hào)特點(diǎn)。 根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器， 對(duì)加噪后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波處理。 利用函數(shù) sound 對(duì)濾波后語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放。將語(yǔ)音信號(hào)的文件名命名為，再用 MATLAB 中的 wavread 函數(shù)求出語(yǔ)音信號(hào)的三個(gè)參數(shù)，分別為：每個(gè)樣本的值，生成該語(yǔ)音波形文件時(shí)的采樣頻率，波形文件樣本的碼數(shù)，再對(duì)信號(hào)及加入單頻干擾后的語(yǔ)音信號(hào)做傅立葉變化，繪制出時(shí)域和頻域的波形。 課程的設(shè)計(jì)流程圖如圖 11 所示： 西安歐亞學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 2 圖 11 設(shè)計(jì)流程圖 開(kāi)始 對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行頻譜析，繪制出時(shí)域和頻域圖 利用函數(shù) wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣 在 Windows 下錄制一段格式為 wav 的語(yǔ)音 加入單一頻率噪聲 利用函數(shù) sound 對(duì)加噪聲的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放 畫(huà)出頻率響應(yīng)函數(shù) 結(jié)束 用濾波器對(duì)語(yǔ)言信號(hào)進(jìn)行濾波 設(shè)計(jì)濾波器 對(duì)加噪聲的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，繪制出時(shí)域和頻域的圖形 畫(huà)出語(yǔ)音信號(hào)濾波前后頻譜波形并進(jìn)行分析 利用函數(shù) sound 對(duì)濾波后語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放 西安歐亞學(xué) 院課程設(shè)計(jì) 3 課程設(shè)計(jì)要求 ，深入理解課題含義及設(shè)計(jì)要求，注意材料收集與整理； ，每組二至三人； ，以答辯、設(shè)計(jì)報(bào)告兩種形式呈現(xiàn)； ，需以 PPT 形式展示； ； 2 設(shè)計(jì)原理 MATLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 是一個(gè)為科學(xué)和工程計(jì)算專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的交互式大型軟件，是一個(gè)可以完成各種精確計(jì)算和數(shù)據(jù)處理的，可視化的，強(qiáng)大的計(jì)算工具。并且它的兼容性很好，幾乎能在所有的 PC 機(jī)和大型計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，適用于 Windows，UNIX 和多種系統(tǒng)平臺(tái)。 濾波器 數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)處理的各種應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用。 FIR 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的方法有三類(lèi)，一類(lèi)是窗口設(shè)計(jì)法（時(shí)間窗口法），第二類(lèi)是頻率采樣法，第三類(lèi)是等波紋優(yōu)化設(shè)計(jì)。等波紋優(yōu)化設(shè)計(jì)也叫最佳一致逼近準(zhǔn)則，最佳一致逼近即選擇 N 個(gè)頻率采樣值（或時(shí)域 h(n) 值），在給定頻帶范圍內(nèi)使頻響的最大逼近誤差達(dá)到最小。本次課程設(shè)計(jì)采用的就是窗口設(shè)計(jì)法。 所謂數(shù)字濾波器，是指輸入、輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含頻率成分的器件。一般用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器 :一是采用通用計(jì)算機(jī)，把濾波器所要完成的運(yùn)算編成程序通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，也就是采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 數(shù)字濾波器按照沖激響應(yīng)的時(shí)域特性可分為 :無(wú)限長(zhǎng)單位沖響應(yīng)濾波器（ IIR）和有限長(zhǎng)單位沖擊響應(yīng)濾波器（ FIR），但與 IIR 相比，在滿足同樣阻帶衰減的情況下需要的階數(shù)較高，濾波器的階數(shù)越高，占用的運(yùn)算時(shí)間就越多，因此在滿足指標(biāo)要求的情況下應(yīng)盡量減少濾波器的階數(shù)。 窗口設(shè)計(jì)法 窗口設(shè)計(jì)法的基本思想是要選取某一種合適的理想頻率選擇性濾波器（這種濾波器總是有一個(gè)非因果，無(wú)限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)），然后將它的脈沖響應(yīng)截?cái)啵ɑ蚣哟埃┮缘玫揭粋€(gè)線性相位和因果的 FIR 濾波器。而兩項(xiàng)指標(biāo)是跳變的，于是有人提出可調(diào)整窗，適當(dāng)修改參數(shù)，可在這兩項(xiàng)指標(biāo)間作連續(xù)的選擇。凱塞（ Kaiser）窗全面地反映主瓣與旁瓣衰減之間的交換關(guān)系， 可以在它們兩者之間自由地選擇它們的比重。10(z ) (n ) zN nnHh== 229。 設(shè)計(jì)過(guò)程 錄制語(yǔ)音信號(hào) 用 windows 工具中的錄音機(jī)錄制一段語(yǔ)音信號(hào)，語(yǔ)音為“ 請(qǐng)鞭撻我吧，公瑾！”，時(shí)間長(zhǎng)度約為 2s。然后在 MATLAB 平臺(tái)上，用 wavread 函數(shù)調(diào)出此語(yǔ)音信號(hào)，并得到其采樣率 fs 和比特?cái)?shù) bits。39。 % 輸入?yún)?shù)為文件的全路徑和文件名，輸出的第一個(gè)參數(shù)是信號(hào)的樣本值， fs 是生成該波形文件時(shí)的采樣率， bits 是波形文件每樣本的編碼位數(shù)。 % 按指定的采樣率和每樣本編碼位數(shù)回放錄音 x=x(:,2)。 % 計(jì)算信號(hào) x的長(zhǎng)度 fn=1000。 % 計(jì)算時(shí)間范圍，樣本數(shù)除以采樣頻率 x=x39。 %y為加入單頻干擾信號(hào)后的語(yǔ)音 sound(y,fs,bits) 。具體實(shí)現(xiàn)如下： [x,fs,bits]=wavread(39。) 。 sound(x,fs,bits)。 N=length(x)。 % 單頻噪聲頻率 t=0:1/fs:(N1)/fs。 y=x+.*sin(fn*2*pi*t)。