数字信号处理课程设计---语音信号的处理与滤波

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1、数字信号处理课程设计报告课题：语音信号的处理与滤波系别：计算机工程系班级：学号：200900402052学生姓名：指导教师：目录摘要·································一、设计内容·························二、设计原理·························三、设计步骤·························1.语音信号的采集·····················2.分别取8000个和16000个数据进行频谱分析······3．滤波器设计·······

2、·················4．对语音信号进行滤波·················5．把处理后的数据储存为声音文件与原始声音进行比较·四、总结体会··························五、参考文献·························摘要：本文主要介绍的是：通过运用MATLAB编程的方法来对语音信号进行处理与滤波。在MATLAB环境中，使用声音相关函数对语音进行采集、播放、存储和读取。然后对采集到的语音信号分别取8000个和16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因。

3、接着，针对电话信道，设计一个IIR滤波器对语音信号进行滤波，并进行频谱分析，得到幅度和相位谱。最后，把处理后的所有数据储存为声音文件，与原始声音进行比较。一．设计内容设计课题：语音信号的处理与滤波（难度系数：0.8）1．熟悉并掌握MATLAB中有关声音（wave）录制、播放、存储和读取的函数。2．在MATLAB环境中，使用声音相关函数录制2秒左右自己的声音，抽样率是8000Hz/s。（考虑如何解决一个实际问题：录制刚开始时，常会出现实际发出声音落后录制动作半拍的现象，如何排除对这些无效点的采样？）3．分别取8000个和16000

4、个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因。4．针对电话信道（最高3500Hz），设计一个FIR或IIR滤波器进行滤波，把抽样率转变为7000Hz/s，并进行频谱分析，得到幅度和相位谱。5．把处理后的所有数据储存为声音文件，与原始声音进行比较。二．设计原理1．语音采集原理在MATLAB环境中，我们可以通过多种编程方法来驱动声卡，实现对语音的采集和播放，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析。2．信号抽样原理在对模拟信号的采样过程中应满足奈奎斯特定

5、律，否则会发生混叠现象，还原不出原始的信号。奈奎斯特定律的内容为：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率fs应大于2倍信号最高频率fmax，即：fs>=2fmax。当抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱会有混叠，在还原出原始信号时将会失真。当抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠，则采样之后的数字信号可以完整地保留了原始信号中的信息，能够无失真的还原出原始信号。3．数字滤波器设计原理数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性

6、可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。与IIR滤波器相比，FIR的实现是非递归的，总是稳定的；更重要的是，FIR滤波器在满足幅频响应要求的同时，可以获得严格的线性相位特性。因此，它在高保真的信号处理，如数字音频、图像处理、数据传输、生物医学等领域得到广泛应用。①IIR数字滤波器的设计原理：采用双线性变换法。双线性变换法的思想是：将模拟滤波器的传递函数形式化为完全以积分器（1/s）构成的网络函数形式。然后由数字网络来代替模拟积分器，从而整个滤波器网络都转化成了数字的。双线性变换法的设计过程如下：1

7、、由积分器构成的模拟滤波器的系统函数形式；2、对数字式积分器的差分方程两边进行Z变换，可得数字式积分器的传递函数：已知：u(t)àß1/s，若积分器的输入输出为xa(t)、ya(t)，则有：3、当T足够小的时候，信流图当中的模拟积分器传递函数就可以由数字积分器传函代替。从而得到性能与模拟滤波器相近数字滤波器。4、从而可得模拟滤波器的复频率与数字滤波器的复频率之间的关系：或所以，用双线性变换法来设计数字滤波器，只需将给出的模拟滤波器的系统函数Ha(s)当中的s替换为一个关于z成双线性关系的网络即可。② FIR数字滤波器的设计原理：

8、采用窗函数设计法。   FIR滤波器的设计方法有许多种，如窗函数设计法、频率采样设计法和最优化设计法等。窗函数设计法的基本原理是用一定宽度窗函数截取无限脉冲响应序列获得有限长的脉冲响应序列，主要设计步骤为：  (1) 通过傅里叶逆变换获得理想滤波器的单位脉冲响应