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基于MATLAB的语音信号分析及滤波
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2011-07-10
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课程设计的题目:基于MATLAB的语音信号分析及滤波。 课程设计的内容:录制一段个人自己的语音信号,并对录制的信号进行采样;画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;给定滤波器的性能指标,采用窗函数法和双线性变换设计滤波器,并画出滤波器的频率响应;然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化;回放语音信号。
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课程设计说明书
唐 山 学 院
数字信号处理 课 程 设 计
题 目 基于
MATLAB
的语音信号分析及滤波
系 (部)
班 级
姓 名
学 号
指导教师
2010 年 12
月 27 日至 2011 年 1 月 7
日共 2
周
2011 年 1 月 6 日
- 1 -
课程设计说明书
简介
的概况
是矩阵实验室( )之意。除具备卓越的数
值计算能力外,它还提供了专业水平的符号计算,文字处理,可视化建模仿真
和实时控制等功能。
的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学工程中常用的形
式十分相似故用 来解算问题要比用 等语言完相同的事
情简捷得多
开放性使 广受用户欢迎除内部函数外所有 主包文件和
各种工具包都是可读可修改的文件用户通过对源程序的修改或加入自己编写程
序构造新的专用工具包
的语言特点
一种语言之所以能如此迅速地普及,显示出如此旺盛的生命力,是由于它
有着不同于其他语言的特点,正如同 和 等高级语言使人们摆脱了
需要直接对计算机硬件资源进行操作一样,被称作为第四代计算机语言的
,利用其丰富的函数资源,使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来 。
最突出的特点就是简洁。 用更直观的,符合人们思维习惯的
代码,代替了 和 语言的冗长代码。 给用户带来的是最
直观,最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下 的主要特点
语言简洁紧凑,使用方便灵活,库函数极其丰富。 程序书写形式
自由,利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务,压缩了一切不必要的
编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写,用户不必担心函数的可靠性。
运算符丰富。由于 是用 语言编写的, 提供了和 语
言几乎一样多的运算符,灵活使用 的运算符将使程序变得极为简短。
既具有结构化的控制语句(如 循环, 循环, ! 语
句和 语句),又有面向对象编程的特性。
"程序限制不严格,程序设计自由度大。例如,在 里,用户无需对
矩阵预定义就可使用。
#程序的可移植性很好,基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作
系统上运行。
$ 的图形功能强大。在 和 语言里,绘图都很不容易,
但在 里,数据的可视化非常简单。 还具有较强的编辑图形
- 2 -
课程设计说明书
界面的能力。
% 的缺点是,它和其他高级程序相比,程序的执行速度较慢。由于
的程序不用编译等预处理,也不生成可执行文件,程序为解释执行,
所以速度较慢。
&功能强大的工具箱是 的另一特色。 包含两个部分:核
心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又
分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号
计算功能,图示建模仿真功能,文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能
性 工 具 箱 用 于 多 种 学 科 。 而 学 科 性 工 具 箱 是 专 业 性 比 较 强 的 , 如
'()*( +' ))(* ',,-,('(
等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的,所以用户无需编
写自己学科范围内的基础程序,而直接进行高、精、尖的研究。
.源程序的开放性。开放性也许是 最受人们欢迎的特点。除内部函
数以外,所有 的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件,用户
可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
处理音频信号的流程
分析和处理音频信号,首先要对声音信号进行采集, 的数据采集工
具箱提供了一整套命令和函数,通过调用这些函数和命令,可以直接控制声卡
进行数据采集。(/) 自带的录音机程序也可驱动声卡来采集语音信号,并
能保存为 0 格式文件,提供 相关函数直接读取、写入和播放。课
设以 0 格式音频信号作为分析处理的输入数据。用 处理音频信号
的基本流程是:现将 0 格式音频信号经 0 / 函数转化成 列数
组变量;再用 强大的运算能力进行数据分析和处理,如时域分析、频
域分析、数字滤波、信号合成、信号变换等等;处理后的数据如是音频数据,
可用 )-(/、0+ 等函数直接回放。我们可以利用前面设计好的各种滤波
器来实现对某些声音信号的滤波,从而改变输入信号所包含的频率成分的相对
比例或滤出某些频率成分。下面介绍一下具体的操作过程。
利用 0 / 函数把指定路径下的 12 格式的声音文件读入矢量中,
采样率是 3#345。
6))780 /9:;33%09<
利用 )-(/ 函数以同样的码率对原声进行再现。
)-(/3#3<
利用 = 函数对样本信号进行滤波处理,以设计好的 > 滤波器为例,
58= //<
- 3 -
课程设计说明书
"利用 )-(/ 函数对滤波之后的信号进行再现。
)-(/5<
#利用 + 函数分别作出信号在滤波前后的时域波形图,以作对比。
+<
+5<
$利用 ? 函数对滤波前后的信号进行 3" 点的快速傅里叶变换 ,
采用一次基 按时间抽取。
@8?<A8?5<
%利用 + 函数分别作出信号在滤波前后的频域波形图,以作对比。
+)@(B<+)A(B<
- 4 -
课程设计说明书
> 滤波器的分析与设计
窗函数法设计 > 滤波器
>> 滤波器的最大缺点是不容易实现线性相位,但是语音、数据图像通信等系
统中普遍都要求数字滤波器具有线性相位,> 滤波器正是因为具有线性相位
特性,因而 > 滤波器在各个领域都获得了广泛的应用。除此之外,> 滤波
器是选择有限长度的 (使其传输函数 满足要求。设计 > 常用的方
法有窗函数法、频率采样法等。本次课程设计采用的是窗函数法。
窗函数设计法是一种通过截短和计权的方法使无限长非因果序列成为有限长
脉冲响应序列的设计方法。通常在设计滤波器之前,应该先根据具体的工程应
用确定滤波器的技术指标。在大多数实际应用中,数字滤波器常常被用来实现
选频操作,所以指标的形式一般为在频域中以分贝值给出的相对幅度响应和相
位响应。
用窗函数法设计 > 滤波器的步骤如下:
根据过渡带宽及阻带衰减要求,选择窗函数的类型并估计窗口长度 (或
阶数 8C)。窗函数类型可根据最小阻带衰减 独立选择,因为窗口长
度 对最小阻带衰减 D 没有影响。在确定窗函数类型以后,可根据过渡带宽
小于给定指标确定所拟用的窗函数的窗口长度 。设待求滤波器的过渡带宽为
△E,它与窗口长度 近似成反比。窗函数类型确定后,其计算公式也确定了,
不过这些公式是近似的,得出的窗口长度还要在计算中逐步修正。原则是在保
证阻带衰减满足要求的情况下,尽量选择较小的 。在 和窗函数类型确定后,
即可调用 中的窗函数求出窗函数 。
根据待求滤波器的理想频率响应求出理想单位脉冲响应 。如果给出
待求滤波器的频率响应为 ,则理想的单位脉冲响应可以用傅里叶反变
换式得到,在一般情况下, 是不能用封闭公式表示的,需要采用数值方
法表示。从 E83 到 E8F 采样 点,采用离散傅里叶反变换>:即可求出。
计算滤波器的单位脉冲响应 (。它是理想单位脉冲响应和窗函数的乘积,
即 ,在 中用点乘命令表示为 。
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资源评论
- 甜甜不加糖2023-07-24通过这个文件,我对语音信号分析和滤波有了更深入的了解,对实际应用具有指导意义。
- 月小烟2023-07-24这个文件不仅提供了理论知识,还给出了实践操作,非常实用和有用。
- 啊看看2023-07-24文件中的实验结果准确可靠,验证了所提出算法的有效性。
- 蓝洱2023-07-24这个文件对于理解MATLAB在语音信号分析和滤波方面的应用非常有帮助。
- 老许的花开2023-07-24作者在文件中提供了简单易懂的示例和演示,使得读者可以更好地理解其中的原理。
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