【正文】 而，作出一些合理的假設(shè)，在較短的時(shí)間間隔內(nèi)表示語音信號(hào)，可以采用線性時(shí)不變模型。這里，語音信號(hào)被看成是線性時(shí)不變系統(tǒng)在隨機(jī)噪聲或準(zhǔn)周期脈沖序列下的輸出。預(yù)處理則包括預(yù)加重、分幀和加窗。（2）抑制50Hz的電源工頻干擾。語音信號(hào)處理中，為將原始模擬語音信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，必須經(jīng)過采樣和量化兩個(gè)步驟，從而得到時(shí)間和幅度上均為離散的數(shù)字語音信號(hào)。采樣時(shí)必須要注意滿足奈奎斯特定理，即采樣頻率fs必須以高于被測(cè)信號(hào)的最高頻率兩倍以上的速度進(jìn)行采樣，才能正確地重建原始波形，它是通過采樣脈沖和模擬信號(hào)相乘來實(shí)現(xiàn)的。如果上述語音信號(hào)的采樣頻率變?yōu)?00Hz時(shí)，由于采樣頻率小，所得采樣點(diǎn)少，離散信號(hào)偏離原始信號(hào)，頻譜發(fā)生混疊。但對(duì)于固定長(zhǎng)度的信號(hào)，過高的采樣頻率并不可取，會(huì)給計(jì)算機(jī)增加不必要的工作量和存儲(chǔ)空間。根據(jù)采樣定理，當(dāng)采樣頻率大于信號(hào)的兩倍帶寬時(shí)，采樣過程不會(huì)丟失信息，利用理想濾波器可從采樣信號(hào)中不失真地重構(gòu)原始信號(hào)波形。量化是對(duì)幅值進(jìn)行離散化，即將振動(dòng)幅值用二進(jìn)制量化電平來表示。量化一般有均勻量化和非均勻量化。非均勻量化間隔是根據(jù)信號(hào)抽樣值的不同而變化的。這種防混疊濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)換器通常做在一個(gè)集成塊內(nèi)，因此到目前來說，語音信號(hào)的數(shù)字化的質(zhì)量還是可靠地。在語音識(shí)別、語音增強(qiáng)、語音編碼和語音合成等語音處理中全都需要提取語音中包含的各類信息。語音信號(hào)分析可以分為時(shí)域變換和頻域變換分析方法，其中時(shí)域分析是最簡(jiǎn)單的方法，直接對(duì)語音信號(hào)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。（2） 調(diào)整：在設(shè)計(jì)的用戶圖形界面下對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行各種變化，如變化幅度、改變頻率等操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的調(diào)整。語音信號(hào)的頻域分析包括語音信號(hào)的功率譜、頻譜、頻譜包絡(luò)倒頻譜分析。之所以選擇這種方法，是由于在本科學(xué)習(xí)期間重點(diǎn)學(xué)習(xí)了傅里葉變換的方法。再對(duì)各個(gè)正弦信號(hào)進(jìn)行分析，而得到復(fù)雜信號(hào)的一些特征。信號(hào)的傅里葉表示在信號(hào)的分析與處理中有著十分重要的作用。另外，傅里葉表示使信號(hào)的某些特性變得更明顯。然而聲道系統(tǒng)的頻率響應(yīng)及激勵(lì)源都是隨時(shí)間變化的，一般標(biāo)準(zhǔn)的傅里葉表示雖然適用于周期及平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的表示，但不能直接用于語音信號(hào)。 基于MATLAB的語音信號(hào)處理Matlab是一個(gè)比較常用的語音處理工具箱。語音雖然是一個(gè)非平穩(wěn)、時(shí)變的隨機(jī)過程，但在短時(shí)間內(nèi)可近似看作是平穩(wěn)的。噪聲也是隨機(jī)過程，所以這種估計(jì)只能建立在統(tǒng)計(jì)模型基礎(chǔ)上。用MATLAB對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理，綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)對(duì)加噪語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析和濾波。本次設(shè)計(jì)流程，大致包括對(duì)原始語音加噪、時(shí)域分析和頻域分析，繪制出相關(guān)波形。處理的一系列過程，都在MATLAB環(huán)境中進(jìn)行。錄制語音信 號(hào)有效語音段截取語音信號(hào)加噪處理語音信號(hào)時(shí)域分析和頻域分析語音信號(hào)濾波處理語音回訪圖 21 語音信號(hào)降噪處理流程圖第三章 MATLAB濾波器設(shè)計(jì) 模擬濾波器設(shè)計(jì) 模擬濾波器的理論和設(shè)計(jì)方法已相當(dāng)成熟，設(shè)計(jì)時(shí)可以選用已有的典型模擬濾波器，如巴特沃斯濾波器、契比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝賽爾濾波器等。本次設(shè)計(jì)中選擇巴特沃斯濾波器。該濾波器通帶內(nèi)具有最大平坦的幅頻特性，隨頻率的增大，平滑單調(diào)下降。巴特沃斯低通濾波器設(shè)計(jì)：MATLAB信號(hào)處理工具箱函數(shù)buttap,buttord和butter是巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)函數(shù)。數(shù)字濾波器的四個(gè)重要的通帶、阻帶參數(shù)是：fp：通帶截止頻率（Hz）fs：阻帶起始頻率（Hz）Rp：阻帶內(nèi)波動(dòng)（dB）,即通帶內(nèi)允許的最大衰減Rs：阻帶內(nèi)最小波動(dòng)（dB）設(shè)采樣頻率（即奈奎斯特頻率）為fN,那么可將以上參數(shù)中的頻率參數(shù)轉(zhuǎn)化為歸一化角頻率參數(shù)：Wp:通帶截止角頻率（rad/s）,wp=fp/(fN/2)Ws:通帶起始角頻率（rad/s），ws=fs/(fN/2)通過這些參數(shù)就可以進(jìn)行數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。FIR濾波器的設(shè)計(jì)方法有窗函數(shù)法、頻率取樣法、最佳等波紋法等。，其調(diào)用格式為：[n,wn]=buttord(wp,ws,Rp,Rs)對(duì)于不同類型的濾波器，參數(shù)Wp和Ws有一些限制：對(duì)于低通濾波器，WpWs。其調(diào)用格式是[bz,az]=bilinear(b,a,Fs)式中b,a分別是H(s)的分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量；bz,az分別是H(z)的分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)向量，F(xiàn)s是抽樣頻率。Ts=1/Fs。 [N,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,39。)。 %選擇濾波器的最小階數(shù)[Z,P,K]=buttap(N)。 %創(chuàng)建butterworth模擬濾波器[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K)。 [bz,az]=bilinear(b,a,Fs)。 %用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換[H,W]=freqz(bz,az)。 %繪制頻率響應(yīng)曲線figure(1)。 wp=*pi。Rp=1。abs(H))。xlabel(39。)。頻率響應(yīng)幅度39。title(39。)該低通濾波器的頻率響應(yīng)如圖31：圖31 巴特沃斯濾波器頻率響應(yīng)第四章 語音信號(hào)降噪處理 語音信號(hào)處理調(diào)用函數(shù)介紹信號(hào)處理中調(diào)用函數(shù)主要有Wavread，還有其他相關(guān)函數(shù)，有fftfilt函數(shù)、sound函數(shù)、filter函數(shù)、randn函數(shù)和FFT函數(shù)。通過使用wavread函數(shù)，理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。返回采樣值放在向量y中。y=wavread（file，N）讀取前N點(diǎn)的采樣值放在向量y中。：[y,fs,nbits]=wavread(‘’)其中：fs =5000；（fs=50000為雙聲道設(shè)置頻率，fs=25000為單聲道設(shè)置頻率）nbits =16；y=wavread（‘’）另外相關(guān)的函數(shù)fftfilt的調(diào)用格式為 y=fftfilt(b,x) 該格式是利用FFT的重疊相加法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波的，并且這種頻域?yàn)V波技術(shù)只對(duì)FIR濾波器有效。函數(shù)sound可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其中向量b和a分別表示系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)，若a＝1，此時(shí)表示FIR濾波器，否則就是IIR濾波器。rand產(chǎn)生的是[0，1]上的均勻分布的隨機(jī)序列 ，randn產(chǎn)生均值為0，方差為1的高斯隨機(jī)序列，也就是白噪聲序列；也就是說，可以直接使用上面兩個(gè)函數(shù)對(duì)原始信號(hào)添加噪聲，調(diào)用格式：y=x+rand(length(x),1)或者y=x+randn(length(x),1)在MATLAB的信號(hào)處理工具箱中函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換。FFT函數(shù)的另一種調(diào)用格式為 式中，x，y意義同前，N為正整數(shù) 語音信號(hào)降噪程序設(shè)計(jì) 原始語音信號(hào)的獲得 在原始語音信號(hào)的得到可用windows的錄音機(jī)錄制一段自己說的話（語音信號(hào)），在本次設(shè)計(jì)中我直接用了一個(gè)wav文件來當(dāng)作原始語音信號(hào)，再畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；在MATLAB中使用Wavread函數(shù),可得出聲音的采樣頻率fs為5KHz, 且聲音是雙聲道的。設(shè)計(jì)程序詳見附錄1：得到時(shí)域波形和頻譜圖如圖41和圖 42：圖41 原始語音信號(hào)時(shí)域波形時(shí)域波形中的藍(lán)色波形是選用的語音信號(hào)原來帶有的噪聲，說明原始的聲音包含在少量噪聲。 原始語音信號(hào)加噪處理 運(yùn)用MATLAB，給語音信號(hào)加上噪聲，繪出加噪后的語音信號(hào)時(shí)域波形和頻譜。高斯白噪聲加噪設(shè)計(jì)程序見附錄2：加噪聲后的語音信號(hào)時(shí)域波形和頻譜圖如圖43和圖44：圖43 加噪語音信號(hào)時(shí)域波形從時(shí)域圖中可以看出，聲音信號(hào)的波形基本都被噪聲波形覆蓋。 語音信號(hào)濾波處理用前面設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波，得出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖，并對(duì)濾波前、后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，畫出時(shí)域波形差，分析信號(hào)的變化。 改進(jìn)型語音降噪技術(shù)上述語音信號(hào)降噪處理方法稱為譜減法。與其它方法相比較，譜相減法引入的約束條件最少，物理意義最直接，運(yùn)算量小，但是在實(shí)際中語音噪聲頻率和信號(hào)頻率很接近，噪聲頻率很難準(zhǔn)確的估計(jì)出來。傳統(tǒng)的譜減法即在頻域?qū)г胝Z音的功率譜減去噪聲的功率譜，得到語音的功率譜估計(jì)，開方后就得到語音幅度估計(jì)，將其相位恢復(fù)后再采用逆