淮 陰 工 學 院數(shù)字信號處理課程設計報告課題名稱:基于MATLAB的語音信號分析和處理-低通部分 姓名： xx 學號： 1234567890 班級： 電子0000 專業(yè)： 電子信息工程 歸口系部： 電子與電氣工程學院 起迄日期: 2014年12月22日2014年12月26日 設計地點: 13306 指導教師: 數(shù)字信號處理課程設計指導小組 提交報告日期: 2014年12月29日一、設計目的與任務通過數(shù)字信號處理的課程設計，使學生對信號的采集，處理，傳輸，顯示，存儲和分析等有一個系統(tǒng)的掌握和理解。鞏固和運用數(shù)字信號處理課程中的理論知識和實驗技能，掌握最基本的數(shù)字信號處理的理論和方法，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力。二、基本要求1基本要求：設計一個語音信號分析和處理系統(tǒng)，要求學生對所采集的語音信號在MATLAB軟件平臺下進行頻譜分析和處理；2提高要求：對所采集的語音信號疊加干擾噪聲進行頻譜分析，設計合適的濾波器濾除噪聲，恢復原信號。3基本教學要求：每組一臺電腦（附話筒和耳機），電腦安裝MATLAB軟件。三、設計要求本次課程設計最終要求提交設計說明書，由以下各部分組成：1理論依據根據設計要求分析系統(tǒng)功能，掌握設計中所需的理論（采樣頻率，采樣位數(shù)的概念，采樣定理；時域信號的DFT，F(xiàn)FT及頻譜分析；數(shù)字濾波器的設計原理和方法，各種不同性能的濾波器的性能比較），闡述設計原理。2信號采集采集語音信號，畫出信號的時域波形圖和頻譜圖。3數(shù)字濾波器設計根據語音信號的特點，設計IIR低通數(shù)字濾波器；FIR低通數(shù)字濾波器；畫出各種數(shù)字濾波器的頻率響應圖。4信號處理1）利用設計的IIR數(shù)字濾波器分別對采集的信號進行濾波處理；2）利用設計的FIR數(shù)字濾波器分別對采集的信號進行濾波處理；3）在原始的語音信號3000HZ以上頻段疊加白噪聲，選擇所設計的一種對疊加白噪聲后的語音信號處理，濾除白噪聲；4）畫出處理過程中所得的各種波形及頻譜圖。5信號分析對語音信號進行回放，感覺濾波前后聲音的變化。比較濾波前后語音信號的波形及頻譜，對所得結果和濾波器性能進行頻譜分析，闡明原因得出結論。4、 理論依據4.1語音信號的采集和頻譜分析利用WINDOWS下的錄音機，用單聲道錄制一段自己的聲音，時間在1S內。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數(shù)WAVREAD對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數(shù)。對語音信號進行快速傅立葉變換，在一個窗口同時畫出信號的時域波形圖和頻譜圖，分析語音信號的頻譜特點。4.2 設計數(shù)字濾波器低通濾波器性能指標：fp=2670HZ,fs=3300HZ,Ap=1dB,As=30dB,采樣頻率為10000hz。4.3 用濾波器對信號進行濾波 1）利用自己設計的IIR數(shù)字濾波器對采集的信號進行濾波處理，在一個窗口同時畫出濾波前后語音信號的波形及頻譜。2）利用自己設計的FIR數(shù)字濾波器對采集的信號進行濾波處理，在一個窗口同時畫出濾波前后語音信號的波形及頻譜。在MATLAB中，F(xiàn)IR濾波器利用fftfilt對信號進行濾波，IIR濾波器利用filter對信號進行濾波。比較濾波前后語音信號的波形及頻譜，對所得結果和濾波器性能進行頻譜分析。4.4回放語音信號 對語音信號進行回放，感覺濾波前后語音信號的變化。4.5對語音信號加入噪聲后的頻譜分析和濾波在MATLAB軟件平臺下，在3000HZ以上頻段產生一個白噪聲，疊加到采集的原始語音信號中，在一個窗口同時畫出白噪聲的時域波形及頻譜，在另一個窗口同時畫出疊加噪聲前后語音信號的波形及頻譜；設計一種濾波器疊加噪聲后的語音信號進行處理，濾除疊加的白噪聲，在一個窗口同時畫出濾波前后語音信號的波形及頻譜；比較濾波前后語音信號的波形及頻譜，對所得結果進行頻譜分析；對語音信號進行回放，感覺濾波前后聲音的變化。5、 基于MATLAB的語音信號分析和處理5.1信號采集我們利用函數(shù)wavread對語音信號進行采集，原始語音信號及其頻譜如下圖，信號采集程序見附錄。 圖1 原始語音信號及其頻譜5.2根據性能指標進行數(shù)字濾波器設計低通濾波器性能指標：fp=2670HZ,fs=3300HZ,Ap=1dB,As=30dB,采樣頻率為10000hz。1） FIR低通濾波器的設計：FIR低通濾波器的幅頻特性如下圖，設計程序見附錄。 圖2 FIR低通濾波器的幅頻特性2） IIR低通濾波器的設計：IIR低通濾波器的幅頻特性如下圖，設計程序見附錄。圖3 IIR低通濾波器的幅頻特性5.3用濾波器對信號進行濾波1）FIR低通濾波： 圖4 FIR低通濾波前后的頻譜2）IIR低通濾波： 圖5 IIR低通濾波前后的頻譜5.4回放語音信號經過加噪聲處理后，可在Matlab中用函數(shù)sound對聲音進行回放。其調用格式：sound(y,Fs)，sound(y)和sound(y,Fs,bits)?？梢圆煊X濾波前后的聲音有明顯的變化。5.5對語音信號加入噪聲后的頻譜分析和濾波加入噪聲后的波形和頻譜如下圖：圖6 加噪聲后波形和頻譜6、 課程設計總結 數(shù)字濾波器是一種對數(shù)字信號進行濾波處理以得到期望的響應特性的離散時間系統(tǒng)。它能夠有效的對數(shù)字信號進行過濾，過濾數(shù)字信號中的干擾和多余成分，保證通信過程的正常實現(xiàn)。在這次的數(shù)字信號處理課程設計里，比較重要的函數(shù)有wavread函數(shù)、sound函數(shù)等，通過上網和翻閱相關書籍，我了解了它們的基本用法。關于濾波也是很重要的一部分，有FIR濾波器和IIR濾波器的設計。通過自主學習，我很快地掌握了編程方法。在設計過程中，我也遇到了理論知識的忘記、編程過少導致的不熟練、軟件運用不自如等問題，但是經過思考、請教同學和老師、查閱相關資料，最終這些問題都得到了解決，最終設計出了符合要求的濾波器并通過相關信號進行了驗證?？偟膩碚f，通過這次的課程設計，我對MATLAB這個軟件有了更深的認識，也進一步熟悉了MATLAB的使用，感覺到MATLAB軟件功能的強大，大大增加了我對MATLAB的興趣。經過這次的課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足，為了在今后的學習和生活中注意改進自己的不足，我要更加努力，學習好專業(yè)知識并注重運用到實際，同時，這次課程設計還提高了自己的動手能力、思維能力和學習的積極性，為我今后的學習和工作都提供了不小的幫助，讓我受益匪淺。7、 主要參考文獻1數(shù)字信號處理 季秀霞 國防工業(yè)出版社20132數(shù)字信號處理與應用 李正周 清華大學出版社20083數(shù)字信號處理教程MATLAB釋義與實現(xiàn) 陳懷琛 電子工業(yè)出版社 2004.4數(shù)字信號處理原理及MATLAB實現(xiàn) 叢玉良 電子工業(yè)出版社20095百度文庫附錄：MATLAB程序：1. 語音采集部分：y,fs,nbits=wavread (D:UserDatalenovoDesktopcccc.wav);sound(y,fs,nbits); N= length (y) ; Y=fft(y,N); subplot(2,1,1);plot(y);title(原始信號波形);subplot(2,1,2);plot(abs(Y);title(原始信號頻譜)2. FIR濾波器設計部分：Ft=10000;Fp=2670;Fs=3300;wp=2*Fp/Ft;ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=40;p=1-10.(-rp/5); s=10.(-rs/15);fpts=wp ws;mag=1 0;dev=p s;n,wn,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev);b=fir1(n,wn,Kaiser(n+1,beta); h,w=freqz(b,1); plot(w/pi,abs(h);title(FIR低通濾波器);grid;3. FIR濾波部分：ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=30;p=1-10.(-rp/5); s=10.(-rs/15);fpts=wp ws;mag=1 0;dev=p s;n,wn,beta,ftype=kaiserord(fpts,mag,dev);b=fir1(n,wn,Kaiser(n+1,beta); h,w=freqz(b,1);y,fs,nbits=wavread (D:UserDatalenovoDesktopcccc.wav);n = length (y) ; noise=0.01*randn(n,2);s=y+noise;S=fft(s,n); z=fftfilt(b,s);sound(z);m=fft(z); subplot(2,2,1);plot(abs(S),g);title(濾波前信號的頻譜);grid;subplot(2,2,2);plot(abs(m),r);title(濾波后信號的頻譜);grid;subplot(2,2,3);plot(s);title(濾波前信號的波形);grid;subplot(2,2,4);plot(z);title(濾波后的信號波形);grid;4IIR濾波器設計部分：Fp=2670;Fs=3300;As=30;Ap=1;Ft=10000;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,s); b11,a11=butter(n11,wn11,s); num11,den11=bilinear(b11,a11,0.5); h,w=freqz(num11,den11); plot(w*8000*0.5/pi,abs(h);legend(用butter設計);5.IIR濾波部分：Fp=2670;Fs=3300;As=30;Ap=1;Ft=10000;wp=2*pi*Fp/Ft;ws=2*pi*Fs/Ft;fp=2*Ft*tan(wp/2);fs=2*Fs*tan(wp/2);n,wn=buttord(wp,ws,1,40,s); b,a=butter(n,wn,s); num,den=bilinear(b,a,0.5); h,w=freqz(num,den); y,fs,nbits=wavread (D:UserDatalenovoDesktopcccc.wav);n = length (y) ; noise=0.01*randn(n,2);s=y+noise;S=fft(s,n); z=filter(num,den,s);sound(z)m=fft(z); subplot(2,2,1);plot(abs(S),g);title(濾波前信號的頻譜);grid;subplot(2,2,2);plot(abs(m),r);title(濾波后信號的頻譜);grid;subplot(2,2,3);plot(s);title(濾波前信號的波形);grid;subplot(2,2,4);plot(z);title(濾波后的信號波形);grid;6. 加噪聲部分：y, fs, nbits = wavread(D:UserDatale