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利用MATLAB对语音信号进行数字信号处理和分析,要求学生采集语音信号后,在MATLAB软件平台进行频谱分析和特征提取;并对所采集的语音信号使用合适的滤波器滤除噪声,分析比较不同滤波器的性能。
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一、设计目的与要求
本次课程设计的目的是利用 对语音信号进行数字信号处理和分析,
要求学生采集语音信号后,在 软件平台进行频谱分析和特征提取;并
对所采集的语音信号使用合适的滤波器滤除噪声,分析比较不同滤波器的性能。
要求利用 来读入(采集)语音信号,将它赋值给某一向量。再将
该向量看作一个普通的信号,对其进行 变换实现频谱分析,再依据实际情
况对它进行滤波。特征提取包括对原信号进行预加重处理,然后分帧并加窗,
采样和量化,端点检测等。然后我们还可以通过 命令来对语音信号进行
回放,以便在听觉上来感受声音的变化。
二、设计方案论证
2.1 设计理论依据
1
2.1.1 采样定理
在进行模拟数字信号的转换过程中,当采样频率 大于信号中,最
高频率 的 倍时,即:则采样之后的数字信号完整地
保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的
~ 倍;采样定理又称奈奎斯特定理。
年奈奎斯特 !就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速
率的公式"
理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中 W 是理想低通信道
的带宽,N 是电平强度)。
2.1.2 采样频率
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。采样频率越高,即采样的间隔时间越短,则在单位时间内
计算机得到的声音样本数据就越多,对声音波形的表示也越精确。采样频率与声音频率之
间有一定的关系,根据奎斯特理论,只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时,才能
把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和
还原声音文件的质量标准。
2.1.3 采样位数与采样频率
采样位数即采样值或取样值,用来衡量声音波动变化的参数,是指声卡在
采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。采样频率是指录音
设备在一秒钟内对声音信号的采样次数,采样频率越高声音的还原就越真实越
自然。
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范围。每增加一个采样位数相当于力度范围增加了
#。采样位数越多则捕捉到的信号越精确。对于采样率来说你可以想象它
类似于一个照相机,$%& 意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其
拍照达 次。显然采样率越高,计算机摄取的图片越多,对于原始音
频的还原也越加精确。
2.1.4 预加重
2
通过一个一阶有限激励响应高通滤波器,使信号的频谱变得平坦,不易
受到有限字长效应的影响。
2.1.5 分帧
根据语音的短时平稳特性,语音可以以帧为单位进行处理,实验中选取
的语音帧长为 ',帧叠为 #。 () 中用函数:
*+*+*(*, - *.!进行分帧,每帧长 +*(*, -,分
得的帧数是 //01+*(*, -2 *.! *.!;其中 是 的长
度。 是 +*(*, -3/或 3+*(*, - 的数组,取决于 是列数
据还是行数据。调用格式也可写为
*+*-,+*(*, -! *.!;这时每帧数据都乘了窗函
数 -,+*(*, -!。
2.1.6 加窗
采用汉明窗对一帧语音加窗,以减小吉布斯效应的影响。
2.1.7 快速傅立叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)
将时域信号变换成为信号的功率谱。
3
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Mountcedar
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