基于某语音信号去噪处理的FIR滤波器设计.doc

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1、摘要本次课程设计的题目是基于语音信号去噪处理的FIR滤波器设计，主要是利用MATLAB设计一个FIR数字带通滤波器，对一段噪声环境下的语音信号进行滤波。在设计过程中，首先要录制一段语音信号，并对录制好的信号进行时域和频域分析；然后对原始的语音信号进行加噪处理，对加噪后的信号进行分析，绘出时域和频域的分析图；最后利用设计出的FIR带通滤波器，针对语音信号的性质选取一种适合的窗函数设计滤波器进行滤波，最后对仿真结果进行分析。关键词:FIR带通滤波器；语音信号；MATLAB仿真；加噪；滤波目录前言1第一章基本原理21.1语音处理中的采样原理21.2数字滤波器

2、的设计21.3窗函数法4第二章FIR带通滤波器设计62.1FIR滤波器简介62.2FIR带通滤波器设计要求72.3设计方法72.4设计步骤9第三章FIR带通滤波器的软件仿真103.1程序流程图103.2仿真结果及分析11总结15参考文献16附录17致谢22一、前言在信号处理过程中，所处理的信号往往混有噪音，从接收到的信号中消除或减弱噪音是信号传输和处理中十分重要的问题。根据有用信号和噪音信号的不同特性，提取有用信号的过程称为滤波。实现滤波功能的系统被称为滤波器。在近代电信设备和各类控制系统中，数字滤波器应用极为广泛。语音处理是最早应用数字滤波器的领域之

3、一，也是最早推动数字信号处理理论发展的领域之一。该领域主要包括5个方面的容：第一，语音信号分析。即对语音信号的波形特性，统计特性，模型参数等进行分析计算。第二，语音合成。即利用专用硬件或在通用计算机上运行软件来产生语音。第三，语音识别。即利用专用硬件或计算机识别人的讲话，或者识别说话的人。第四，语音增强。即从噪音或者干扰中提取被掩盖的语音信号。第五，语音编码。主要用于语音数据的压缩，目前已经建立了一系列语音编码国际标准，大量用于通信和音频处理。MATLAB是一种面向科学和工程计算的语言，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，具有编程效率高、

4、调试手段丰富、扩充能力强等特点。MATLAB的信号处理工具箱具有强大的函数功能，它不仅可以用来设计数字滤波器，还可以使设计达到最优化，是数字滤波器设计的强有力工具。第一章基本原理1.1语音处理中的采样原理因为录制的语音信号是模拟信号，要想使用数字滤波器对叠加了噪声的信号进行滤波，则在设计数字滤波器之前首先要进行模数转换，将模拟信号转换为数字信号。在进行模数转换的过程中，当最高采样频率fs大于信号中最高频率f的2倍时，即：fsmax≥2fmax,采样之后的数字信号可以完整地保留原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定

5、理又称奈奎斯特定理。频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。这是时域采样定理的一种表述方式。时域采样定理的另一种表述方式是：当时间信号函数f(t)的最高频率分量为fm时,f(t)的值可由一系列采样间隔小于或等于1/2fm的采样值来确定,即采样点的重复频率f≥2fm。采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期

6、或者叫采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，也是选择音频接口的两个重要标准。无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度围。每增加一个采样位数相当于力度围增加了6dB。采样位数越多则捕捉到的信号越精确[1]。1.2数字滤波器的设计数字滤波器(Digital Filter，简称为DF)是指用来对输入信号进行滤波的硬件和软件。所谓数字滤波器，是指输入、输出均为数字信号，通过一定运算

7、关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的器件。数字滤波器和模拟滤波器相比，因为信号的形式和实现滤波的方式不同，数字滤波器具有比模拟滤波器精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活、不要求阻抗匹配等优点。一般用两种方法来实现数字滤波器:一是采用通用计算机，把滤波器所要完成的运算编成程序通过计算机来执行，也就是采用计算机软件来实现;二是采用实际专用的数字处理硬件。数字滤波器根据其冲击响应函数的时域特性，可分为两种，即无限冲击响应IIR滤波器和有限冲击响应FIR滤波器。IIR滤波器的特性是，具有无限持续时间冲击响应。这种滤波器一般需要用递归模型来

8、实现，因而有时也称之为递归滤波器。FIR滤波器的冲击响应只能延续一定的时间，在工程实际中可以采