基于MATLAB的语音信号处理--课程设计

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1、数字信号处理设计报告——基于MATLAB的语音信号处理——物理与电子工程学院专业电子信息科学与技术班级2013级励志班学号130306044姓名郑芳目录摘要11设计要求22设计原理32.1FIR数字滤波器的设计32.1.1利用窗函数法设计FIR滤波器32.1.2频率采样法42.2ITR数字滤波器的设计42.2.1脉冲响应不变法52.2.2双线性变换法53设计内容63.1设让的框图63.2语音录制6设计录音要求64、FIR&IIR滤波器的MATLAB设计74.1FIR滤波器的设计74.1.1FIR低通滤波器的设计74.1.2FTR带通滤波器的设计84.21IR滤波器

2、的设计94.2.1IIR低通滤波器的设计94.2.2IIR带通滤波器的设计105、语音分析125.1语音信号的频谱分析125.2逐字滤波135.2.1用FIR&IIR低通滤波器对“物”和“电”分析135.2.2用FIR&IIR带通滤波器对“学”和“院”分析19六总结27参考文献28本文是利用MATLAB对语音信号进行频谱分析和处理。利用matlab可以快速有效地实现数字滤波器的设计与仿真，同时也介绍了有限长单位冲击响应FIR&IIR低通滤波器和带通滤波器的设计原理与步骤，采集一段“物电学院”的语音，通过matlab作图画出声音的时域波形，进行处理和频谱分析，其中涉

3、及采样频率、采样位数的概念，采样定理。关键字：频谱分析；MATLAB;滤波器1设计要求(1)、录取木人的“物电学院”咅频信号，作图画出声咅的时域波形，对其进行频谱分析，画出其频域波形。(2)、设计一个IIR低通滤波器，对“物”字和“电”字音频信号逐字滤波。画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。(1)、设计一个FIR低通滤波器，对“物”字和“电”字咅频信号逐字滤波。iFHi出滤波后的音频信号的吋域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。(2)、设计一个IIR带通滤波器，对“学”字和“院”字音频信号逐字滤波。画出滤波后的

4、音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。(3)、设计一个FIR带通滤波器，对“学”字和“院”字咅频信号逐字滤波。画出滤波后的音频信号的时域和频域波形，结合波形比较滤波前后的时域和频域信号。2设计原理2.1FIR数字滤波器的设计FIR设计滤波器的设计任务是选择有线长度的h(n),使传输函数H)满足要求。线性相位FIR滤波器有两种设计方法：窗函数法和频率采样法。设计过程一般包括以下三个基本问题：(1)、根据实际要求确定数字滤波器性能指标(2)、用一个因果稳定的系统函数去逼近这个理想性能指标(3)、用一个冇限精度的运算去实现这个传输函数。2.1.

5、1利用窗函数法设计FIR滤波器这种方法一般是先给定所要求的理想滤波器的频率响应H&")，要求设N—1计一个FIR滤波器频率响应H(eJW)=Xh^eJWn去逼近理想的频率响应/I-0H然而，窗函数法设计FIR滤波器是在是时域中进行的，因此，必须首先由理想频率响应Hd£)的傅立叶反变换推导出对应的单位脉冲响应仏⑺)：ha(")=缶『汕@")eJwndw由于/7/Z)是矩形频率特性，故比小一定是无限长的序列，且是非因果的。而要设计的是FIR滤波器。其h(n)必定是冇限长的，所以要用冇限长的h(n)来逼近无限长的仏⑺)，最有效且简单的方法是截断仏⑺)oH(l(/)曲》h

6、d⑺亠「h(n)亠―H(/)同时窗函数对滤波器频率响应有一定的影响：出现过渡带、通带和阻带内产生波动，也称为吉布斯效应。它直接影响滤波器的性能。为了克服吉布斯效应，窗函数的要求：频率特性的主瓣宽度尽量窄、与主瓣的幅度相比，旁瓣尽可能小，把能量尽量集中在主瓣中。2.1.2频率采样法频率采样法是从频域出发，将给定的H&")加以等间隔采样N然后以此He作为实际数字滤波器的频率特性的采样值H(k),即令h伙)=HAe%.2标伙=伙)，k二o,1,...,N—1"一N由H/)通过内插公式得到H⑵或H(£')o在H(k)内插求H(ejw)时口J利用MATLAB中的函数h=rc

7、al(ifft(II,N))和[db,mag,pha,grd,w]=freqz_m(h,1)来实现。增大阻带衰减三种方法：(1)、加宽过渡带宽，以晒牲过渡带换取阻带衰减的增加；(2)、过渡带的优化设计(3)、增大N2.2IIR数字滤波器的设计IIR数字滤波器设计最常用的方法是利用模拟滤波器设计的方法，利用模拟滤波器设计，将模拟域转换为数字域H⑵,最常用的转换方法为脉冲响应不变法和双线性变换法。设计数字滤波器一般包括3个基本步骤：(1)：按照实际要求确定滤波器的性能指标；(2):用一个因果稳定的系统函数H(z)去逼近这个性能指标；(3)：用一个冇限精度的算法去实现这

8、个系统函数