基于FIR滤波器的语音信号处理课设报告.docx

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1、雳）伊4NT大亨HebeiUniversityofTechno1ogy信号与金挑锦程世计一基于FIR滤波的语音信号处理系统设计学院：电子信息工程学院班级：电子121小组成员：马明杰122121焦亚男122100指导教师：王宝珠日期:2015年1月8日星期四摘要：数字信号处理在实际生活生产中具有广泛应用，优点包括灵活性、高稳定性、可靠性、集成度高等。同时该方法在各学科领域的应用，近十几年来得到了飞速发展，形成了信息处理方面的许多高兴技术。数字信号分析相关应用同时又是目前进行语音信号分析处理的有效方法。本次设计是关于语音信号分析系统的设计，主要包括读取原始语音信号，给原始信号加入干扰噪声，原信号及

2、加噪信号的FFT,设计滤波器对加噪信号进行滤波，时域参数计算等功能的实现。所有功能可通过MAT1AB的GU1的操作完成,其中初始信号、噪声信号、滤波器参数均为默认值，滤波器选用了FIR滤波器，可以分别进行滤波并比较滤波结果。1BVIEW的仿真设计可以实现读取语音信号、加噪、计算FFT、滤波，其中原始语音信号可选，噪声的参数部分可调。Abstract:Digita1signa1processingiswide1yusedinrea11ifeproduction,advantages,inc1udingf1exibi1ity,highstabi1ity,re1iabi1ity,andhighint

3、egration.Atthesametimeinvariousdiscip1inesinthefie1dofapp1icationofthismethodinrecentyearsobtainedtherapiddeve1opment,hasformedmanyhappytechnica1informationprocessing.Digita1signa1ana1ysisre1atedapp1ications,atthesametime,thevoicesigna1ana1ysisandprocessingoftheeffectivemethods.Thisdesignisthedesign

4、ofthespeechsigna1ana1ysissystem,main1yinc1udingreadtheorigina1speechsigna1,totheorigina1signa1tointerferenceandnoiseoftheorigina1signa1andnoisesignasFFT,thedesignfi1terforfi1teringthenoisesigna1,therea1izationofthefunctionoftimedomainparameterca1cu1ation,etc.A11functionscanbethroughMAT1ABGUIoperatio

5、niscomp1eted,theinitia1signa1andnoisesigna1andfi1terparametersarethedefau1tva1ues,choseFIRfi1ter,fi1tercanfi1terandcomparethefi1teringresu1tsrespective1y.Designsimu1ationofthe1ABVIEWcanrea1izereadspeechsigna1FFT,fi1tering,addingnoise,ca1cu1ation关键词：语音信号，加噪，F1R滤波器,频谱,MAT1AB,1ABVIEk一课程设计的目的与意义4二设计任务及技

6、术指标4（一）简单数字语音信号处理系统的MatIab设计。4（二）利用1abV1EW进行仿真设计。4三设计内容5四主要设备与软件5五论证方案5六课程设计流程图6（-）MAT1AB部分设计流程6（二）1ABVIEW设计部分流程8七成果展示8（一）Mate1ab设计部分81、语音信号采集及频谱分析82、构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析113FIR滤波器设计部分:12（二）1abVIEWPART:181前面板182程序框图19八设计总结23九设计心得23十参考文献24-课程设计的目的与意义本设计课题主要研究简单数字语音信号的初步分析方法和滤波器的设计及应用。掌握Mat1ab软件的特点和使用方法

7、；掌握利用Mat1ab分析信号和系统的时域、频域特性的方法；掌握数字滤波器的设计方法及应用；了解语音信号的特性及分析方法；了解1ABV1EW虚拟仪器的特点，了解采用1ABV1EW进行仿真的方法。通过本课题的设计，提高运用所学知识分析和解决实际问题的能力。二设计任务及技术指标（-）简单数字语音信号处理系统的MatIab设计。 （1）对语音信号进行采集（读取），对数字语音信号加入干扰噪声，画出原始信号及带噪信号的时域波形,利用FFT进行频域分析，画出相应波形,并对语音进行播放。 （3）根据对语音信号及噪声的实际情况分析，选择适当的FIR数字滤波器进行设计，并对噪声进行滤除。 （4）分析、对比噪声滤

8、除前后的语音时域、频域特性，并对噪声滤除前后语音进行播放比较。 （5）利用GUI设计图形用户界面（包含以上功能）。（二）利用1abVIEW进行仿真设计。实现简单数字语音信号处理系统的功能，要求给出系统的前面板和框图，并记录仿真结果。三设计内容利用MAT1AB软件对语音信号进行分析频谱分析，对语音信号加入干扰噪声,对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声。对语音信号做FFT,进行频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。对语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放（利用sound函数），感觉加噪前后声音的变化。对其做FFT,进行频谱分析，比较加噪前后语音信号的波形及频谱，对所得结果进行

9、分析。根据带噪语音信号的特点，设计合适的数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。用所设计的滤波器对带噪语音信号进行滤波，记录处理过程中所得各种波形及频谱图。对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行分析。利用GUI设计友好的图形用户界面。要求主界面上包括语音的波形显示及播放按钮，滤波器参数设置框及滤波功能按钮；滤波前后语音信号时域波形及频谱的显示，滤波器幅频特性的显示；语音信号时域参数计算等功能。其中波形及频谱显示可包含在主界面中，也可在新建图形窗口中完成。采用1abV1EW进行仿真设计，实现系统的功能，包括语音文件的读取及播

10、放、滤波前后语音信号时域波形及频谱的显示、滤波器幅频特性的显示等功能，要求给出系统的前面板和程序框图，并记录仿真结果。四主要设备与软件1 PC机,一台2 MAT1AB6.5以上版本软件，一套3 1ABVIEW7.0以上版本软件，一套4实验结果与分析五论证方案利用计算机录音软件对音频录入保存成WAV格式，通过MAT1AB软件读取，得到语音信号，然后画出时域频域图并播放，产生噪音信号，加入语音信号中，画出时域频域图，播放与之对比，设计FIR滤波器，由于噪音信号的不定性，故而设计四种滤波器，高通，低通，带通，带阻滤波器，以应对不同噪音，之后进行滤波，得到时域频域图，与加噪信号比较，听播放的效果如何判

11、断滤波器性能。GUI界面采用基本的按钮，图形窗等进行友好化设计，争取在满足功能的前提下，界面友好美观。1ABV1EW部分采用事件结构，每个结构对应一种操作，录入，加噪，FIR四种滤波。以应对不同噪音加上后的处理，选用下拉菜单来选取要进行的操作。六课程设计流程图(-)MAT1AB部分设计流程开始(二)1ABV1EW设计部分流程分析：七成果展示()Mate1ab设计部分1、语音信号采集及频谱分析用WINDOWS下的录音机，用单声道录制一段音乐或声带，时间在1到2S内，然后在MAT1AB软件平台下，利用函数WAVREAD对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数，对语音信号进行快速傅里叶转换，在窗口

12、画出信号的时域波形和频谱图，分析语音信号的频谱特点。信号采集程序如下：g1oba1I;1=,*.wav,;fi1ename,pathname-uigetfiIe(1,请选择打开的文件);fiIe=Strcat(pathname,fi1ename);I=wavread(fi1e);P1ot(I)；tit1e(时域波形波;演域g1oba1I;fs=16000;sound(I,fs);g1oba1I;g1oba1X;X=fft(I);N=Iength(I);k=O:N-1;P1ot(k,abs(X);tit1e(频域波形)原信号时域波形图11原始信号时域波形图图12原始信号频谱图分析报放g1oba1

13、I;fs=16000;sound(I,fs);2、构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析在MAT1AB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，绘出叠加噪声后的语音信号时域和频谱图，在视觉上与原始语音信号图形对比，也可通过WindoWS播放软件从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。这里，我们加的是单频的正弦干扰。噪声信号与语音信号合成的程序：加事时域g1oba1I;g1oba1t;g1oba1d;g1oba1s;N=Iength(I);t=O:N-1;au=O.007;d=au*cos(2.7475*t)j;s=I+d;p1ot(s,irf);tit1e(加噪时域)；加耍

14、凝城N=Iength(I);t=O:N-1;au=0.007;d=au*cos7475*t);s=I+d;S=fft(s);PIot(abs(S);tit1e(加噪频域)；图21加噪信号时域波形图图22加噪信号频谱波形图分析Jc吸措旅g1oba1s;sound(s,16000);分析：加噪之后从频谱来看增加了两个高频部分，从时域波形来看加入了幅度较小的噪音信号X轴两侧明显变密。3FIR滤波器设计部分：对于不同类型的滤波器，参数WP和WS有一些限制：对于低通滤波器，WPWS;首先，根据所录得音跟所加正弦噪声合成后的频谱观察，确定WP和WS的大致范围，设定好了WP和WS之后，变可以确定过度带的大小

15、了，根据过度带的及阻带衰减的指标要求，来选择窗函数的类型。根据前面介绍的录音噪声信号跟源信号合成后的频谱图可以看出噪声频率大概在3KHZ左右，所以就可以设定fp,fs从而确定wp,WS。接着，按照阻带衰减选择窗函数的类型。根据以上的分析，选用FIR滤波器。泥波器选舞愎块FIR专遇淀&FiR低逋淀源F1R奇遇谑浪FIR奇匣淀派滤波器的程序：f1p=3500;Ioba1s;g1oba1t;g1oba1hn;f1s=4000;fhs=4500;fhp=5000;fs=16000;w1s=2*pi*f1sfs;w1p=2*pi*f1pfs;whs=2*pi*fhsfs;whp=2*pi*fhpfs;B=w1s-w1p;M=cei1(8*piB)-1;wp=(w1s+w1p)2pi,(whs+whp)2pi;hn=fir1(M,wp,stop,);h,w=freqz(hn,1);%离散系统频响特性p1ot(w