基于Matlab的语音信号的分析及处理.doc

***************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 信号处理课程设计 题 目：基于Matlab的语音信号的分析与处理 专业班级： 通信工程（1）班 姓 名： 曹立超 学 号： 指导教师： 陈海燕 成 绩： 目 录 摘 要 1 前 言 3 一、基本原理 4 2.1 语音信号概述 4 2.2数字滤波器原理 4 二、总体设计思想 6 2.1 语音信号的采集 6 2.2 语音信号处理工具的选择 6 2.3 数字滤波器的设计 7 三、语音信号分析和滤波处理 10 3.1 语音信号的采集 10 3.2 语音信号的读入与打开 10 总 结 19 参考文献 20 致 谢 21 附录程序 22 摘 要 本设计用微软录音机采集了一段语音，对其进行了时域分析，频谱分析,分析语音信号的特性。并应用matlab平台对语音信号加入了不同的噪声，进一步用双线性变换法设计数字低通滤波器和用窗函数法设计了FIR低通滤波器，然后对加噪的语音信号进行滤波处理。最后对比滤波前后的语音信号的时域和频域特性，回放加噪语音信号和去噪语音信号，对比研究了IIR滤波器和FIR滤波器在信号处理尤其是信号滤波去噪方面的特性和应用。从理论和实践上比较不同数字滤波器的滤波效果。。 关键词：语音信号；频域特性; 时域特性; 滤波器前 言 语言是我们人类所特有的功能，它是传承和记载人类几千年文明史，没有语言就没有我们今天人类的文明。语音是语言最基本的表现形式，是相互传递信息最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。 语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展；它是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科，因此我们进行语言信号处理具有时代的意义。 本设计先完成语音信号的采集，然后设计低通滤波器对采集到的语音信号进行滤波处理，分析语音信号各频率段的特性。并对所采集的语音信号加入不同的干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，针对受干扰语音信号的特点设计滤波器，对加噪信号进行滤波，恢复原信号。把原始语音信号、加噪语音信号和滤波后的信号进行时域变换和频域变换，画出它们的时域波形和频域波形图，从视觉角度比较分析滤波的效果。也可将这3类信号进行播放从听觉角度感受滤波的效果。 一、基本原理 2.1 语音信号概述 语言是人类创造的，是人类区别于其他地球生命的本质特征之一。人类用语言交流的过程可以看成是一个复杂的通信过程，为了获取便于分析和处理的语音信源，必须将在空气中传播的声波转变为包含语音信息并且记载着声波物理性质的模拟（或数字）电信号，即语音信号，因此语音信号就成为语音的表现形式或载体。 语音学和数字信号处理的交叉结合便形成了语音信号处理。语音信号处理是建立在语音学和数字信号处理基础之上的，对语音信号模型进行分析、存储、传输、识别和合成等方面的一门综合性学科。 2.2数字滤波器原理 数字滤波器的概念若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应h(n)也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器。1）根据单位冲激响应h(n)的时间特性分类 无限冲激响应（IIR）数字滤波器 有限冲激响应（FIR）数字滤波器 （2）根据实现方法和形式分类 递归型数字滤波器 非递归型数字滤波器 快速卷积型 （3）根据频率特性分类 低通数字滤波器、高通数字滤波器、带通数字波器、 带阻数字滤波器  二、总体设计思想 2.1 语音信号的采集 Windows 自带了一个录音机程序（简称录音机），通过它可以驱动声卡采集、播放和简单处理语音信号。语音信号的采集可以用麦克风直接录制人的语音，也可以通过音频线或者MIDI 线将收音机、电视机或磁带录机中的语音信号采集到计算机中。在录音机中可以进行简单的声音处理，如加大或降低音量，加速或减速，声音的反转或添加回音效果等。加速或减速的改变可以完成变音功能，反转可以达到对声音文件保密的功能。 本设计用是收音机接到电脑上用录音机录的，保存起来以备处理。 2.2 语音信号处理工具的选择 语音信号的进一步处理分析工作选用了matlab平台。MATLAB是一种科学计算软件，专门以