基于matlab_的語(yǔ)音信號(hào)分析和處理

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1、基于MATLAB的語(yǔ)音信號(hào)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(jì)用微軟錄音機(jī)采集了一段語(yǔ)音，對(duì)其進(jìn)行了時(shí)域分析，頻譜分析,分析語(yǔ)音信號(hào)的特性。并應(yīng)用matlab平臺(tái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)加入了不同的噪聲，進(jìn)一步用雙線性變換法設(shè)計(jì)了一個(gè)的巴特沃思低通濾波器，基于巴特沃斯模擬濾波器設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器和用窗函數(shù)法設(shè)計(jì)了FIR低通濾波器，然后對(duì)加噪的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波處理。最后對(duì)比濾波前后的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域特性，回放加噪語(yǔ)音信號(hào)和去噪語(yǔ)音信號(hào)，對(duì)比研究了巴特沃思I

2、IR濾波器和FIR濾波器在信號(hào)處理尤其是信號(hào)濾波去噪方面的特性和應(yīng)用。論文從理論和實(shí)踐上比較不同數(shù)字濾波器的濾波效果?！娟P(guān)鍵詞】語(yǔ)音信號(hào)；頻域特性;時(shí)域特性;濾波器1321緒論1.1課題的研究意義語(yǔ)言是我們?nèi)祟愃赜械墓δ埽莻鞒泻陀涊d人類幾千年文明史，沒(méi)有語(yǔ)言就沒(méi)有我們今天人類的文明。語(yǔ)音是語(yǔ)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(yǔ)音信號(hào)處理屬于信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推動(dòng)了這一技術(shù)的發(fā)展；它是研究用數(shù)字信號(hào)處

3、理技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理的一門新興學(xué)科，同時(shí)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(yǔ)言信號(hào)處理具有時(shí)代的意義。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)本設(shè)計(jì)先完成語(yǔ)音信號(hào)的采集，然后設(shè)計(jì)低通，高通，帶通等濾波器對(duì)采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波處理，分析語(yǔ)音信號(hào)各頻率段的特性。并對(duì)所采集的語(yǔ)音信號(hào)加入不同的干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，針對(duì)受干擾語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的濾波器，對(duì)加噪信號(hào)進(jìn)行濾波，恢復(fù)原信號(hào)。把原始語(yǔ)音信號(hào)、加噪語(yǔ)音信號(hào)和濾波后的信號(hào)進(jìn)行時(shí)域變換和頻域變換，畫出它們的時(shí)域波形和頻域波形圖，從視覺(jué)角度比較分析濾波的

4、效果。也可將這3類信號(hào)進(jìn)行播放從聽覺(jué)角度感受濾波的效果。1322基本原理2.1語(yǔ)音信號(hào)概述語(yǔ)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(yǔ)言交流的過(guò)程可以看成是一個(gè)復(fù)雜的通信過(guò)程，為了獲取便于分析和處理的語(yǔ)音信源，必須將在空氣中傳播的聲波轉(zhuǎn)變?yōu)榘Z(yǔ)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(hào)，即語(yǔ)音信號(hào)，因此語(yǔ)音信號(hào)就成為語(yǔ)音的表現(xiàn)形式或載體。語(yǔ)音學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理的交叉結(jié)合便形成了語(yǔ)音信號(hào)處理。語(yǔ)音信號(hào)處理是建立在語(yǔ)音學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理基礎(chǔ)之上的，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)模型進(jìn)行分析、存儲(chǔ)、傳輸、識(shí)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(shí)間信號(hào)，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(shí)質(zhì)上是一種運(yùn)算過(guò)程——用來(lái)描述離散系統(tǒng)輸入與輸出關(guān)系的差分方程的計(jì)算或卷積計(jì)算。數(shù)字濾波器的實(shí)質(zhì)是用一有限精度算法實(shí)現(xiàn)的離散時(shí)間線性時(shí)不變系統(tǒng)，以完成對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理的過(guò)程。它是數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)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(diǎn)。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(shí)間特性分類無(wú)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(shí)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(jì)思想3.1語(yǔ)音信號(hào)的采集Windows自帶了一個(gè)錄音機(jī)程序（簡(jiǎn)稱錄音機(jī)），通過(guò)它可以驅(qū)動(dòng)聲卡采集、播放和簡(jiǎn)單處理語(yǔ)音信號(hào)。語(yǔ)音信號(hào)的采集可以用麥克風(fēng)直接錄制人的語(yǔ)音，也可以通過(guò)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(yǔ)音信號(hào)采集

7、到計(jì)算機(jī)中。在錄音機(jī)中可以進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)聲音文件保密的功能。本設(shè)計(jì)用是收音機(jī)接到電腦上用錄音機(jī)錄的，保存起來(lái)以備處理。3.2語(yǔ)音信號(hào)處理工具的選擇語(yǔ)音信號(hào)的進(jìn)一步處理分析工作選用了matlab平臺(tái)。MATLAB是一種科學(xué)計(jì)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(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

8、，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。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(jí)編程語(yǔ)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(jì)方法，使用戶能夠在利用其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算功能的同