基于matlab_的語音信號分析和處理

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1、基于MATLAB的語音信號分析和處理福建師范大學(xué)協(xié)和學(xué)院信息技術(shù)系電子信息科學(xué)與技術(shù)專124122006028王禎飛指導(dǎo)老師黃小芬【摘要】本設(shè)計用微軟錄音機(jī)采集了一段語音，對其進(jìn)行了時域分析，頻譜分析,分析語音信號的特性。并應(yīng)用matlab平臺對語音信號加入了不同的噪聲，進(jìn)一步用雙線性變換法設(shè)計了一個的巴特沃思低通濾波器，基于巴特沃斯模擬濾波器設(shè)計數(shù)字帶通濾波器和用窗函數(shù)法設(shè)計了FIR低通濾波器，然后對加噪的語音信號進(jìn)行濾波處理。最后對比濾波前后的語音信號的時域和頻域特性，回放加噪語音信號和去噪語音信號，對比研究了巴特沃思I

2、IR濾波器和FIR濾波器在信號處理尤其是信號濾波去噪方面的特性和應(yīng)用。論文從理論和實踐上比較不同數(shù)字濾波器的濾波效果?！娟P(guān)鍵詞】語音信號；頻域特性;時域特性;濾波器1321緒論1.1課題的研究意義語言是我們?nèi)祟愃赜械墓δ?，它是傳承和記載人類幾千年文明史，沒有語言就沒有我們今天人類的文明。語音是語言最基本的表現(xiàn)形式，是相互傳遞信息最重要的手段，是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。語音信號處理屬于信息科學(xué)的一個重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推動了這一技術(shù)的發(fā)展；它是研究用數(shù)字信號處

3、理技術(shù)對語音信號進(jìn)行處理的一門新興學(xué)科，同時又是綜合性的多學(xué)科領(lǐng)域和涉及面很廣的交叉學(xué)科，因此我們進(jìn)行語言信號處理具有時代的意義。1.2設(shè)計任務(wù)本設(shè)計先完成語音信號的采集，然后設(shè)計低通，高通，帶通等濾波器對采集到的語音信號進(jìn)行濾波處理，分析語音信號各頻率段的特性。并對所采集的語音信號加入不同的干擾噪聲，對加入噪聲的信號進(jìn)行頻譜分析，針對受干擾語音信號的特點設(shè)計不同的濾波器，對加噪信號進(jìn)行濾波，恢復(fù)原信號。把原始語音信號、加噪語音信號和濾波后的信號進(jìn)行時域變換和頻域變換，畫出它們的時域波形和頻域波形圖，從視覺角度比較分析濾波的

4、效果。也可將這3類信號進(jìn)行播放從聽覺角度感受濾波的效果。1322基本原理2.1語音信號概述語言是人類創(chuàng)造的，是人類區(qū)別于其他地球生命的本質(zhì)特征之一。人類用語言交流的過程可以看成是一個復(fù)雜的通信過程，為了獲取便于分析和處理的語音信源，必須將在空氣中傳播的聲波轉(zhuǎn)變?yōu)榘Z音信息并且記載著聲波物理性質(zhì)的模擬（或數(shù)字）電信號，即語音信號，因此語音信號就成為語音的表現(xiàn)形式或載體。語音學(xué)和數(shù)字信號處理的交叉結(jié)合便形成了語音信號處理。語音信號處理是建立在語音學(xué)和數(shù)字信號處理基礎(chǔ)之上的，對語音信號模型進(jìn)行分析、存儲、傳輸、識別和合成等方面的

5、一門綜合性學(xué)科。2.2數(shù)字濾波器原理2.2.1數(shù)字濾波器的概念若濾波器的輸入、輸出都是離散時間信號，那么該濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)也必然是離散的，這種濾波器稱為數(shù)字濾波器（DF）。數(shù)字濾波器實質(zhì)上是一種運算過程——用來描述離散系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的差分方程的計算或卷積計算。數(shù)字濾波器的實質(zhì)是用一有限精度算法實現(xiàn)的離散時間線性時不變系統(tǒng)，以完成對信號進(jìn)行濾波處理的過程。它是數(shù)字信號處理的一個重要分支，具有穩(wěn)定性好、精度高、靈活性強(qiáng)、體積小、質(zhì)量輕等諸多優(yōu)點。2.2.2數(shù)字濾波器的分類數(shù)字濾波器根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以將濾波器分

6、成不同的類別。（1）根據(jù)單位沖激響應(yīng)h(n)的時間特性分類無限沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器有限沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器（2）根據(jù)實現(xiàn)方法和形式分類遞歸型數(shù)字濾波器非遞歸型數(shù)字濾波器快速卷積型（3）根據(jù)頻率特性分類低通數(shù)字濾波器、高通數(shù)字濾波器、帶通數(shù)字波器、帶阻數(shù)字濾波器1323總體設(shè)計思想3.1語音信號的采集Windows自帶了一個錄音機(jī)程序（簡稱錄音機(jī)），通過它可以驅(qū)動聲卡采集、播放和簡單處理語音信號。語音信號的采集可以用麥克風(fēng)直接錄制人的語音，也可以通過音頻線或者M(jìn)IDI線將收音機(jī)、電視機(jī)或磁帶錄機(jī)中的語音信號采集

7、到計算機(jī)中。在錄音機(jī)中可以進(jìn)行簡單的聲音處理，如加大或降低音量，加速或減速，聲音的反轉(zhuǎn)或添加回音效果等。加速或減速的改變可以完成變音功能，反轉(zhuǎn)可以達(dá)到對聲音文件保密的功能。本設(shè)計用是收音機(jī)接到電腦上用錄音機(jī)錄的，保存起來以備處理。3.2語音信號處理工具的選擇語音信號的進(jìn)一步處理分析工作選用了matlab平臺。MATLAB是一種科學(xué)計算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計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)品自身的競爭能力Matlab的數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大

8、，運用它來進(jìn)行語音信號的分析、處理和可視化相當(dāng)便捷。在編程效率、程序可讀性、可移植性和可擴(kuò)充性上matlab遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其它的高級編程語言，而且編程易學(xué)、直觀，代碼非常符合人們的思維習(xí)慣。另外matlab為用戶提供了豐富的windows圖形界面設(shè)計方法，使用戶能夠在利用其強(qiáng)大的數(shù)值計算功能的同