郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书郑州轻工业学院课程设计说明书题目：基于 MATLAB 的语音信号的FIR 数字滤波处理姓 名： 院 （系）： 电气信息工程学院 专业班级： 电子信息工程 09-2 学 号： 3 指导教师： 成 绩： 时间： 2012 年 6 月 18 日至 2012 年 6 月 22 日郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书郑州轻工业学院课 程 设 计 任 务 书题目 基于 MATLAB 的语音信号的 FIR 数字滤波处理 专业、班级 电子信息工程 09 级 2 班 学号 03 姓名 陈海锋 主要内容、基本要求、主要参考资料等：主要内容：录制一段本人的语音文件，在 MATLAB 环境下，通过频谱分析确定其信噪比参数。设计合适的 FIR 数字滤波器，对此含噪语音进行滤波处理。通过滤波前后的参数比较来实现对滤波效果的评估和滤波方法的改善。基本要求：1、掌握 MATLAB 编程的原理和方法。 2、熟悉语音信号的基本特征和分析处理方法。3、掌握数字信号处理的基本概念、理论和方法。4、熟练运用 MATLAB 设计合适的 FIR 数字滤波器。主要参考资料：1 赵力著，语音信号处理（第 2 版）M，机械工业出版社，2010.2 胡航著，语音信号处理（第四版）M，哈尔滨工业大学出版社，2009.3 张雄伟等著，现代语音处理技术及应用M ，机械工业出版社，2009.完 成 期 限： 2012.6.18-2012.6.22 指 导 教 师 签 名 ： 课程负责人签名： 2012 年 6 月 15 日郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书I基于 MATLAB 的语音信号 FIR 数字的滤波处理电子信息工程 09 级 2 班 指导老师：郭淑婷 摘要：语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的学科之一，通过语音传递信息是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息手段，所以对其的研究更显得尤为重要。Matlab 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件，它可以将声音文件变换成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境！本设计要求自己录制一段自己的语音后，在 Matlab 软件中采集语音信号、回放语音信号并画出语音信号的时域波形和频谱图。再在 Matlab 中设计 FIR 数字低通滤波器。之后对采集的语音信号经过低通滤波器后，观察波形，并进行时域和频谱的分析。对比处理前后的时域图和频谱图，分析低通滤波器对于语音信号的影响，最后收听进行滤波后的语音信号效果。 关键词：Matlab ，语音信号， FIR 滤波，窗函数。 郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书II目录1.绪论 .11.1 设计内容 .11.2 设计概述 .12.设计原理 .22.1 语音信号的时域分析 .22.2 语音信号的频域分析 .23.设计过程及结果 .33.1 原语音信号的提取和加噪 .33.2 低通滤波器设计 .13.3 结果分析及遇到问题 .74.总结 .8参考文献 .9郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书11.绪论1.1 设计内容1首先录制好一段自己的语音。2给录制好的语音信号加入随机噪音。2用Matlab分别设计好 3种类型的滤波器（指标自己确定）：低通型、高通型、带通型。3用Matlab将加噪语音信号进行采样，并将其通过所设计的低通滤波器。4用Matlab自带的语音返回函数收听滤波后的语音信号，分析并比较其与原语音信号的差异。1.2 设计概述FIR 滤波器：有限长单位冲激响应滤波器，是数字信号处理系统中最基本的元件，它可以在保证任意幅频特性的同时具有严格的线性相频特性，同时其单位抽样响应是有限长的，因而滤波器是稳定的系统。因此，FIR 滤波器在通信、图像处理、模式识别等领域都有着广泛的应用。滤波器设计是根据给定滤波器的频率特性，求得满足该特性的传输函数。优点 ：（1）很容易获得严格的线性相位，避免被处理的信号产生相位失真，这一特点在宽频带信号处理、阵列信号处理、数据传输等系统中非常重要；（2）可得到多带幅频特性；（3）极点全部在原点（永远稳定） ，无稳定性问题；（4）任何一个非因果的有限长序列，总可以通过一定的延时，转变为因果序列，所以因果性总是满足；（5）无反馈运算，运算误差小。缺点：（1）因为无极点，要获得好的过渡带特性，需以较高的阶数为代价；（2）无法利用模拟滤波器的设计结果，一般无解析设计公式，要借助计算机辅助设计程序完成。本设计中，我们通过 Matlab 对语音信号进行各种处理，通过加噪处理然后再对含噪音的信号进行滤波，分析不同滤波器滤波后的结果，通过滤波前后的频谱图像和滤波后的语音信号找到最合适的滤波处理方式。熟悉各种滤波器的使用环境。郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书22.设计原理2.1 语音信号的时域分析信号提取：通过图形用户界面上的菜单功能按键采集电脑上的一段音频信号，完成音频信号的频率，幅度等信息的提取，并得到该语音信号的波形图。信号调整：在设计的用户图形界面下对输入的音频信号进行各种变化，如变化幅度、改变频率等操作，以实现对语音信号的调整。2.2 语音信号的频域分析信号的傅里叶表示在信号的分析和处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅里叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。另外，傅里叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更深入地说明信号的各项红物理现象。设计 FIR 数字滤波器的最简单的方法是窗函数法，通常也称之为傅立叶级数法。FIR 数字滤波器的设计首先给出要求的理想滤波器的频率响应 ,设()jwdHe计一个 FIR 数字滤波器频率响应 ，去逼近理想的滤波响应 。然()jwHej而，窗函数法设计 FIR 数字滤波器是在时域进行的，因而必须由理想的频率响应 推导出对应的单位取样响应 ，再设计一个 FIR 数字滤波器的单()jwdHe ()dhn位取样响应 去逼近 。hn()dn由于语音信号时随着时间变化的，通常认为，语音是一个受准周期脉冲或随机噪声源激励的线性系统的输出。输出频谱是声道系统频率响应与激励源频谱的乘积。身份到系统的频率响应及激励源都是随时间变化的，因此一般标准的傅里叶表示虽然适用于周期及平稳随机信号的表示，但不能直接用于语音信号。由于语音信号可以认为在短时间内，近似不变，因而可以采用短时分析法。1.信号变换：在用户图形界面西啊对采集的语音信号进行 Fourier 等变换，并画出变换前后的频谱图和倒谱图。2.信号滤波：滤除语音信号中的噪音部分，可以采用抵用滤波、高通滤波、带通滤波，并比较各种滤波后的效果。郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书33.设计过程及结果3.1 原语音信号的提取和加噪程序如下：x1,fs,dits=wavread(1.wav);%sound(x1,fs,dits);f=fs*(0:511)/1024;t=0:1/fs:(size(x1)-1)/fs;a=0.03*randn(size(x1);x2=x1+a;sound(x2,fs,dits);%播放加噪声后的语音信号figure(1);plot(x1);%做原始语音信号的时域图形title(原始语音信号);xlabel(时间 t);ylabel(音量 n);figure(2);plot(x2);%做加噪后语音信号的时域图形郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书4title(加噪语音信号);xlabel(时间 t);ylabel(音量 n);figure(3);y1=fft(x2);%做 length(x1)点的 FFTy1=fftshift(y1); %平移，是频率中心为 0derta_fs = fs/length(x2); %设置频谱的间隔，分辨率plot(-fs/2:derta_fs: fs/2-derta_fs,abs(y1);%画出加噪语音信号的频谱图title(加噪语音信号的频谱); 郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书53.2 低通滤波器设计 fc1=2000;N1=2*pi*0.9/(0.1*pi);wc1=2*pi*fc1/fs;if rem(N1,2)=0N1=N1+1;endWindow=boxcar(N1+1); %长度为 N1 的矩形窗 Windowb1=fir1(N1,wc1/pi,Window);figure(4);freqz(b1,1,512);title(低通滤波器的频率响应);x1_low = filter(b1,1,x2);%对信号进行低通滤波figure(5);plot(x1_low);郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书6title(信号经过低通滤波器( 时域);figure(6);plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(fftshift(fft(x1_low);title(信号经过低通滤波器（频域）);sound(x1_low,fs);郑州轻工业学院 MATLAB 课程设计说明书73.3 结果分析及遇到问题以上程序及图形是 Matlab 运行过程中生成的，图形所在的位置就是要出图的地方，以上过程中对原信号加噪声后通过低通，带通，和高通三种滤波器进行滤波，通过对比