基于matlab的fir濾波器語音信號(hào)去噪設(shè)計(jì)

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1、******************實(shí)踐教學(xué)******************蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院《信號(hào)處理》課程設(shè)計(jì)題目：基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪1摘要隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代信號(hào)處理正向著數(shù)字化發(fā)展，研究語音信號(hào)的濾波設(shè)計(jì)也成了現(xiàn)代信息處理的基本內(nèi)容。本次課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是基于MATLAB的FIR濾波器語音信號(hào)去噪。主要運(yùn)用麥克風(fēng)采集一段語音信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行了時(shí)域分析和頻譜分析，分析語音信號(hào)的特性，并對(duì)語音信號(hào)加入了隨機(jī)噪聲，采用凱塞（Kaiser）窗函數(shù)法設(shè)計(jì)了一個(gè)FIR低通濾波器，然后對(duì)

2、加噪的語音信號(hào)進(jìn)行濾波處理。最后對(duì)濾波前后的語音信號(hào)的時(shí)域和頻域特性進(jìn)行對(duì)比。關(guān)鍵詞:MATLAB；語音信號(hào)；FIR濾波器；凱塞(Kaiser)窗1目錄第一章語音信號(hào)采樣和濾波器設(shè)計(jì)的基本原理11.1語音信號(hào)采樣的基本原理11.1.1采樣定理11.1.2采樣頻率11.2數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)的基本原理21.2.1數(shù)字濾波器的類型21.2.2窗口設(shè)計(jì)法3第二章語音信號(hào)去噪的總體設(shè)計(jì)62.1語音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程圖62.2語音信號(hào)去噪的設(shè)計(jì)流程的介紹6第三章語音信號(hào)去噪的仿真實(shí)現(xiàn)及結(jié)果分析83.1語音信號(hào)的采集83.2加噪語

3、音信號(hào)的頻譜分析93.3語音信號(hào)的濾波去噪103.4語音信號(hào)去噪的結(jié)果分析12總結(jié)13參考文獻(xiàn)14附錄15致謝2019第一章語音信號(hào)采樣和濾波器設(shè)計(jì)的基本原理1.1語音信號(hào)采樣的基本原理現(xiàn)代所應(yīng)用的計(jì)算機(jī)所處理和傳送的都是數(shù)字信號(hào)，所以經(jīng)常要求對(duì)模擬信號(hào)采樣，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處理，最后再重建為模擬信號(hào)。采樣在連續(xù)時(shí)間信號(hào)與離散時(shí)間信號(hào)之間起著至關(guān)重要的作用，模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的關(guān)鍵是確定合適的采樣頻率，使得既要能夠從采樣信號(hào)中無失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)，同時(shí)又盡量降低采樣頻率，減少編碼數(shù)據(jù)速率，有利于數(shù)

4、據(jù)的存儲(chǔ)、處理和傳輸。1.1.1采樣定理在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs大于信號(hào)中，最高頻率fm的2倍時(shí)，即：fs>=2fm,則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5～10倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。1924年奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出在理想低通信道的最高大碼元傳輸速率的公式:理想低通信道的最高大碼元傳輸速率=2W*log2N(其中W是理想低通信道的帶寬,N是電平強(qiáng)度)為什么把采樣頻率設(shè)為8kHz?在數(shù)字通信中，根據(jù)采樣定理,最小采樣頻率為語音信

5、號(hào)最高頻率的2倍頻帶為F的連續(xù)信號(hào)f(t)可用一系列離散的采樣值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...來表示,只要這些采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔Δt≤1/2F，便可根據(jù)各采樣值完全恢復(fù)原來的信號(hào)f(t)。這是時(shí)域采樣定理的一種表述方式[1]。時(shí)域采樣定理的另一種表述方式是：當(dāng)時(shí)間信號(hào)函數(shù)f(t)的最高頻率分量為fm時(shí),f(t)的值可由一系列采樣間隔小于或等于1/2fm的采樣值來確定,即采樣點(diǎn)的重復(fù)頻率f≥2fm。時(shí)域采樣定理是采樣誤差理論、隨機(jī)變量采樣理論和多變量采樣理論的基礎(chǔ)。對(duì)于時(shí)間上受限制的連續(xù)信號(hào)f(t)（即

6、當(dāng)│t│>T時(shí),f(t)=0,這里T=T2-T1是信號(hào)的持續(xù)時(shí)間），若其頻譜為F（ω）,則可在頻域上用一系列離散的采樣值，如式（1-1）：??（1-1）采樣值來表示,只要這些采樣點(diǎn)的頻率間隔，如式（1-2）：??（1-2）1.1.2采樣頻率19采樣頻率，也稱為采樣速度或者采樣率，定義了每秒從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)，它用赫茲（Hz）來表示。采樣頻率的倒數(shù)是采樣周期或者叫作采樣時(shí)間，它是采樣之間的時(shí)間間隔。通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

7、。采樣頻率只能用于周期性采樣的采樣器，對(duì)于非周期性采樣的采樣器沒有規(guī)則限制。采樣頻率的常用的表示符號(hào)是fs。通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對(duì)聲音波形的表示也越精確。采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關(guān)系，根據(jù)采樣定理，只有采樣頻率高于聲音信號(hào)最高頻率的兩倍時(shí)，才能把數(shù)字信號(hào)表示的聲音還原成為原來的聲音。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。1.2

8、數(shù)字濾波器的基本理論和設(shè)計(jì)的基本原理1.2.1數(shù)字濾波器的類型數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了很大的成績(jī)。到目前為止，已經(jīng)比較成熟的去噪方法比較典型的有切比雪夫去噪法、雙線性變換去噪法、窗函數(shù)去噪法等有名的去噪方法。下面分別對(duì)濾波器中比較有代表性的FIR和IIR濾波器做