第一篇：基于matlab的语音信号滤波处理——数字信号处理课程设计
数字信号处理课程设计
题目： 学院： 专业： 班级： 学号： 姓名： 指导教师：
基于matlab的语音信号滤波处理
物理与电子信息学院电子信息工程
摘要：
语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴学科，是目前发展最为迅速的学科之一，通过语音传递信息是人类最重要，最有效，最常用和最方便的交换信息手段，所以对其的研究更显得尤为重要。
Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件，它可以将声音文件变换成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境！
本设计要求自己录制一段自己的语音后，在MATLAB软件中采集语音信号、回放语音信号并画出语音信号的时域波形和频谱图。再在Matlab中分别设计不同形式的FIR数字滤波器。之后对采集的语音信号经过不同的滤波器（低通、高通、带通）后，观察不同的波形，并进行时域和频谱的分析。对比处理前后的时域图和频谱图，分析各种滤波器对于语音信号的影响。最后分别收听进行滤波后的语音信号效果，做到了解在怎么样的情况下该用怎么样的滤波器。
目录
1.设计内容……………………………………………………………4 2.设计原理……………………………………………………………4 2.1语音信号的时域分析…………………………………………4 2.2语音信号的频域分析…………………………………………5 3.设计过程……………………………………………………………5 3.1实验程序源代码………………………………………………6
3.1.1原语音信号时域、频域图………………………………6
3.1.2低通滤波器的设计………………………………………6
3.1.3高通滤波器的设计………………………………………7
3.1.4带通滤波器的设计………………………………………8
3.1.5语音信号的回放………………………………………9 3.2调试结果描述…………………………………………………10 3.3所遇问题及结果分析…………………………………………15
3.3.1所遇主要问题…………………………………………16
3.3.2结果分析………………………………………………16 4.体会与收获…………………………………………………………17 5.参考文献……………………………………………………………17
1.设计内容：
1．首先录制好一段自己的语音。
2．用Matlab分别设计好3种类型的滤波器（指标自己确定）：低通型、高通型、带通型。3．用Matlab将语音信号进行采样，并分别将其通过所设计的3种滤波器。4．用Matlab自带的语音返回函数收听滤波后的语音信号，分析并比较其与原语音信号的差异。
2.设计原理：
语音信号时一种非平稳的时变信号，它带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在于方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号处理可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法，直接对语音信号的时域波形进行分析，崎岖的特征参数主要有语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等。2.1语音信号的时域分析
信号提取：通过图形用户界面上的菜单功能按键采集电脑上的一段音频信号，完成音频信号的频率，幅度等信息的提取，并得到该语音信号的波形图。
信号调整：在设计的用户图形界面下对输入的音频信号进行各种变化，如变化幅度、改变频率等操作，以实现对语音信号的调整。
2.2语音信号的频域分析
信号的傅里叶表示在信号的分析和处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅里叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。另外，傅里叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更深入地说明信号的各项红物理现象。
由于语音信号时随着时间变化的，通常认为，语音是一个受准周期脉冲或随机噪声源激励的线性系统的输出。输出频谱是声道系统频率响应与激励源频谱的乘积。身份到系统的频率响应及激励源都是随时间变化的，因此一般标准的傅里叶表示虽然适用于周期及平稳随机信号的表示，但不能直接用于语音信号。由于语音信号可以认为在短时间内，近似不变，因而可以采用短时分析法。
1.信号变换：在用户图形界面西啊对采集的语音信号进行Fourier等变换，并画出变换前后的频谱图和倒谱图。
2.信号滤波：滤除语音信号中的噪音部分，可以采用抵用滤波、高通滤波、带通滤波，并比较各种滤波后的效果。
3．设计过程：
3.1实验程序源代码（原语音信号存放在e:下）：
3.1.1．原语音信号的时域、频域图
[x1,fs,bits]=wavread('e:txwz.wav');%sound(x1,fs,bits);figure(1);
plot(x1);%做原始语音信号的时域图形 title('原始语音信号');xlabel('时间 t');ylabel('音量 n');figure(2);y1=fft(x1);%做length(x1)点的FFT y1=fftshift(y1);%平移，是频率中心为0 derta_fs = fs/length(x1);%设置频谱的间隔，分辨率 plot([-fs/2:derta_fs: fs/2-derta_fs],abs(y1));%画出原始语音信号的频谱图
title('原始语音信号的频谱');grid on;3.1.2低通滤波器的设计
%低通滤波：截止频率4000，阻带衰减20dB，过渡带宽0.1π
fc1=4000;N1=2*pi*0.9/(0.1*pi)wc1=2*pi*fc1/fs;if rem(N1,2)==0 N1=N1+1;end Window= boxcar(N1+1);%长度为N1的矩形窗Window b1=fir1(N1,wc1/pi,Window);
figure(3);freqz(b1,1,512);title('低通滤波器的频率响应');x1_low = filter(b1,1,x1);%对信号进行低通滤波 figure(4);plot(x1_low);title('信号经过低通滤波器(时域)');figure(5);plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(fft(x1_low))));title('信号经过低通滤波器（频域）');3.1.3高通滤波器的设计
%高通滤波：截止频率4000，阻带衰减40dB,过渡带宽0.1π
fc2=4000;N2=2*pi*3.1/(0.1*pi)wc2=2*pi*fc1/fs;N2=N2+mod(N2,2);Window=hanning(N2+1);b2=fir1(N2,wc2/pi,'high',Window);figure(6);freqz(b2,1,512);%数字滤波器频率响应 title('高通滤波器的频率响应');
x1_high = filter(b2,1,x1);%对信号进行高通滤波 figure(7);plot(x1_high);title('信号经过高通滤波器(时域)');figure(8);plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(fft(x1_high))));title('信号经过高通滤波器（频域）')3.1.4带通滤波器的设计
%带通滤波：下截止频率4000，上截止频率8000，阻带衰减20dB,过渡带宽度0.1π
f1=4000;f2=8000;%带通滤波器的通带范围 w1=2*pi*f1/fs;w3=w1+0.1*pi;w2=2*pi*f2/fs;w4=w2-0.1*pi;w=[(w1+w3)/2,(w2+w4)/2];B=0.1*pi;N3=ceil(2*0.9*pi/B);N3=N3+mod(N3,2);Window=boxcar(N3+1);b3=fir1(N3,w/pi,'stop',Window);%带通滤波器
figure(9);freqz(b3,1,512);%数字滤波器频率响应 title('带通滤波器的频率响应');x1_daitong = filter(b3,1,x1);%对信号进行带通滤波 figure(10);plot(x1_daitong);title('信号经过带通滤波器(时域)');figure(11);plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(fft(x1_daitong))));title('信号经过带通滤波器（频域）');3.1.5语音信号的回放（分别执行）
sound(x1,fs,bits);%原始信号
sound(x1_low,fs,bits);%经过低通滤 sound(x1_high,fs,bits);%经过高通滤波 sound(x1_daitong,fs,bits);%经过带通滤波
3.2调试结果描述
原始语音信号的时域图形：
原始语音信号频谱：
低通滤波器的频率响应：
信号经过低通滤波后的时域波形：
信号经过低通滤波后的频域波形
高通滤波器的频率响应：
信号经过高通滤波后的时域波形：
信号经过高通滤波后的频域波形：
带通滤波器的频率响应：
信号经过带通滤波后的时域波形：
信号经过带通滤波后的频域波形：
3.3所遇问题及结果分析
3.3.1所遇主要问题
1．在高通与带通滤波器的设计时老是报错，但同样的用法在低通滤波器中就可以实现
b2=fir1(N2,wc2/pi,'high',Window);??? Error using ==> fir1 The window length must be the same as the filter length.其要求在fir函数中所选用的窗长要和滤波器长度一致。但在参考书上指出，滤波器阶数必须为窗长加1。经上网查询后，原来高通、带阻滤波器的阶数应该控制为奇数，因为如果阶数为偶数，则在π点必有一零点，这对于高通带阻来说是不允许的，故取阶数为奇数，而你FIR1滤波器阶数为M+1阶，所以你的M必须为偶数，所以可以将程序中去窗长算法由原程序的: N2=2*pi*0.9/(0.1*pi);if rem(N2,2)==0 N2=N2+1;End 和: N3=2*pi*0.9/(0.1*pi);if rem(N3,2)==0 N3=N3+1;End 改为了：
N2=N2+mod(N2,2);和: B=0.1*pi;（B为过渡带宽）N3=ceil(2*0.9*pi/B);N3=N3+mod(N3,2);2.在设计高通滤波器时先是使用的矩形窗，用矩形窗验证出来的结果中低频语音分量依旧很强，不能将其全部抑制在0，之后换窗，选着了最小衰减可以到达53dB的海明窗，再次试验，非常成功！3.3.2结果分析
经过回放三个不同类型滤波器输出的语音信号，并与原语音信号对比得到了如下结论。
语音高频成分音质非常尖锐，齿音中，声音有些暗淡。语音低频成分音质沉稳，空间感觉强，语音浑厚。语音中频成分音质有力度，有通透感。
4．体会与收获
以往都是通过课本来感性的认知语音信号，通过本次的课程设计，让我对语音信号有了一个较为实际的认识。于此同时，让我再次把数字信号处理及数字滤波器的设计方法重新进行了复习和学习。而对于Matlab，也再次让我感受到了其功能的强大。最为重要的是，本次课 17
程设计让我重新审视了学习的过程：只去做实验是不行的，首先还是要思考，遇到了问题查书籍，百度搜索也只是一种手段，更加重要的是想，再理解，只有这样才能真正的做好实验。
5.参考文献
《数字信号处理》钱同惠、百度文库
第二篇：数字信号处理教语音信号处理课程设计心得
这次课程设计虽然遇到了很多问题，很多困难，但是也学到了很多东西。不仅学到了书本上的东西，而且学到了很多课本上没有的东西，很多程序里的东西，特别是程序语法，总是有错误，但是总是不知道错在哪里，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。还有各种各样问题，通过查网络和请教同学来弄明白，这个过程是痛苦的，有时候有些问题不能马上解决，感到很头痛，真想放弃这个问题，但是坚持下来，并且解决这些问题的时候，真的有种苦尽甘来的感觉。
应用MATLAB进行语音信号的处理是与我们所学课程及专业紧密相连的，有着很强的实践性。做这个课程设计的时候，并不是非常的顺利，我也有遇到很多困难。刚开始，我用自己的mp3录制的一个wav文件做语音信号处理，程序始终现实如下错误提示：
??? Error using ==> wavread Error using ==> wavread Data compression format(IMA ADPCM)is not supported.我在查阅了很多资料，在网上也查阅相关信息，花费了大量时间也没找出结果，最后发现在WAV格式的语音文件有两种格式，即PCM格式和IMA ADPCM格式，而在MATLAB中用wavread函数进行语音处理时，并不能直接处理IMA ADPCM格式的语音信号，经过格式转换之后（选择PCM格式），我运行出了正确的结果。刚开始由于对滤波器的滤波原理并不是很了解，于是我又翻出学过的数字信号处理课本，认真研究起各种滤波器了，这才使我明白了大多数滤波器是如何工作地，不再单单只是懂理论，理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论。实验过程中，我感觉到初始语音信号和滤波输出后的语音信号在音色上有一定的差别，这说明了信号在处理、传输过程中有损耗。不管对于什么样的课题，其实也是有很多东西可以发掘的，这需要我们在平时多积累，多思考，只有这样，才能取得更大的进步，才能学有所用，学有所长。
通过这次设计，进一步加深了对数字信号处理的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。通过这次课程设计使我懂得了，平时的理论知识只有通过自己动手做一个课题，从做这个课题的过程中发现问题，解决问题，这个学习的过程，会比我们平时只通过课堂上听讲得到的知识更加生动立体，跟让人记忆深刻。在设计的过程中，我发现同学间的互帮互助真的很重要。当我们有问题的时候，大家一起讨论，将自己的观点表达出来，当发现别人的观点与自己的不同的时候，我们通过查阅资料找到最终正确的答案，这个过程是互利互惠的。这也培养了我们以后走上工作岗位后的团队精神，对我们以后的为人处世都有很大帮助。同时我们在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
总的来说，通过这次的课程设计我对语音信号有了全面的认识，对数字信号处理的知识又有了深刻的理解，让我感受到只有在充分理解课本知识的前提下，才能更好的应用这个工具；并且熟练的应用MATLAB也可以很好的加深我对课程的理解，方便我的思维。这次设计使我了解了MATLAB的使用方法，学会分析滤波器的优劣和性能，提高了分析和动手实践能力。同时我相信，进一步加强对MATLAB的学习与研究对我今后的学习将会起到很大的帮助！
第三篇：数字信号处理课程设计
目 录
摘要...........................................................................................................................................1 1 绪论..............................................................................................................................................2
1.1 DSP系统特点和设计基本原则......................................................................................2 1.2 国内外研究动态.............................................................................................................2 2系统设计........................................................................................................................................3 3硬件设计........................................................................................................................................5
3.1 硬件结构...........................................................................................................................5 3.2 硬件电路设计...................................................................................................................7
3.2.1 总输入电路...........................................................................................................7 3.2.2 总输出电路...........................................................................................................7 3.2.3 语音输入电路.......................................................................................................9 3.2.4 语音输出电路.......................................................................................................9 实验结果及分析.........................................................................................................................10 4.1 实验结果.........................................................................................................................10 4.2 实验分析.........................................................................................................................12 5 总结与心得体会.........................................................................................................................13 参考文献.........................................................................................................................................14 致谢................................................................................................................................................15
摘要
基于DSP的语音信号处理系统，该系统采用TMS320VC5509作为主处理器，TLV320AIC23B作为音频芯片，在此基础上完成系统硬件平台的搭建和软件设计，从而实现对语音信号的采集、滤波和回放功能，它可作为语音信号处理的通用平台。
语音是人类相互之间进行交流时使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息载体。在高度信息化的今天，语音信号处理是信息高速公路、多媒体技术、办公自动化、现代通信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一。通常这些信号处理的过程要满足实时且快速高效的要求，随着DSP技术的发展，以DSP为内核的设备越来越多，为语音信号的处理提供了良好的平台。本文设计了一个基于TMS320VC5509定点的语音信号处理系统，实现对语音信号的采集、处理与回放等功能，为今后复杂的语音信号处理算法的研究和实时实现提供一个通用平台。
关键词：语音处理；DSP；TMS320VC5509;TLV320AIC23B
1 绪论
语音是人类相互间所进行的通信的最自然和最简洁方便的形式，语音通信是一种理想的人机通信方式。语音通信的研究涉及到人工智能、数字信号处理、微型计算机技术、语言声学、语言学等许多领域，所以说语音的通信是一个多学科的综合研究领域，其研究成果具有重要的学术价值。另外通过语音来传递信息是人类最重要的、最有效、最常用的交换信息的形式。语言是人类特有的功能，声音是人类常用的工具，是相互传递信息的主要手段。同时也是众构成思想交流和感情沟通的最主要的途径。
1.1 DSP系统特点和设计基本原则
DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
1.2 国内外研究动态
语音信号处理作为一个重要的研究领域，已经有很长的研究历史。但是它的快速发展可以说是从1940年前后Dudley的声码器和Potter等人的可见语音开始的；20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理念和技术基础；到了80年代，由于矢量量化、隐马尔可夫模型和人工神经网络等相继被应用于语音信号处理，并经过不断改进与完善，使得语音信号处理技术产生了突破性的进展。一方面，对声学语音学统计模型的研究逐渐深入，鲁棒的语音识别、基于语音段的建模方法及隐马尔可夫模型与人工神经网络的结合成为研究的热点。另一方面，为了语音识别实用化的需要，讲者自适应、听觉模型、快速搜索识别算法以及进一步的语言模型的研究等课题倍受关注。
在通信越来越发达的当今世界，尤其最近几十年，语音压缩编码技术在移动 通信、IP电话通信、保密通信、卫星通信以及语音存储等很多方面得到了广泛的应用。因此，语音编码一直是通信和信号处理的研究热点，并其取得了惊人的进展，目前在PC机上的语音编码已经趋于成熟，而如何在嵌入式系统中实时实现语音压缩编码则是近些年来语音信号处理领域的研究热点之一。
2系统设计
在实际生活中，当声源遇到物体时会发生反射，反射的声波和声源声波一起传输，听者会发现反射声波部分比声源声波慢一些，类似人们面对山体高声呼喊后可以在过一会儿听到回声的现象。声音遇到较远物体产生的反射会比遇到较近的反射波晚些到达声源位置，所以回声和原声的延迟随反射物体的距离大小改变。同时，反射声音的物体对声波的反射能力，决定了听到的回声的强弱和质量。另外，生活中的回声的成分比较复杂，有反射、漫反射、折射，还有回声的多次反射、折射效果。
当已知一个数字音源后，可以利用计算机的处理能力，用数字的方式通过计算模拟回声效应。简单的讲，可以在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流，实现回声效果。当然通过复杂运算，可以计算各种效应的混响效果。如此产生的回声，我们称之为数字回声。
本次实验的程序流程图如下：
图2.1 程序流程图
本次实验的系统框图如下：
图2.2 系统框图
3硬件设计
3.1 硬件结构
图3.1是系统的硬件结构框图, 系统主要包括VC5509和A IC23 两个模块。
图3.1系统硬件结构框图
利用VC5509 的片上外设I2C(Inter-Integrated Circuit, 内部集成电路)模块配置AIC23 的内部寄存器;通过VC5509 的McBSP(Multi channel Buffered Serial Ports, 多通道缓存串口)接收和发送采样的音频数据。控制通道只在配置AIC23 的内部寄存器时工作, 而当传输音频数据时则处于闲置状态。
AIC23通过麦克风输入或者立体声音频输入采集模拟信号, 并把模拟信号转化为数字信号, 存储到DSP的内部RAM中,以便DSP处理。
当DSP完成对音频数据的处理以后, AIC23再把数字信号转化为模拟信号, 这样就能够在立体声输出端或者耳机输出端听到声音。
AIC23能够实现与VC5509 DSP的McBSP端口的无缝连接, 使系统设计更加简单。接口的原理框图, 如下图所示。
图3.2 AIC23与VC5509接口原理图
系统中A IC23的主时钟12 MHz直接由外部的晶振提供。MODE接数字地, 表示利用I2 C控制接口对AIC23传输控制数据。CS接数字地, 定义了I2 C总线上AIC23的外设地址, 通过将CS接到高电平或低电平, 可以选择A IC23作为从设备在I2 C总线上的地址。SCLK和SDIN是AIC23控制端口的移位时钟和数据输入端,分别与VC5509的I2C模块端口SCL和SDA相连。
收发时钟信号CLKX1和CLKR1由A IC23的串行数据输入时钟BCLK提供, 并由A IC23的帧同步信号LRCIN、LRCOUT启动串口数据传输。DX1和DR1分别与A IC23 的D IN 和DOUT 相连, 从而完成VC5509与AIC23间的数字信号通信。
3.2 硬件电路设计
3.2.1 总输入电路
图3.3 总输入电路
从左到右各部分电路为：
话筒，开关，语音输入电路，UA741高增益放大电路，有源二阶带 通滤波器。
3.2.2 总输出电路
图3.4 总输出电路
从左到右各部分电路为：
LM386高频功率放大器及其外围器件连接电路，语音输出电路，开关，扬声器。
3.2.3 语音输入电路
图3.5语音输入电路
3.2.4 语音输出电路
图3.6 语音输出电路
语音信号通道包括模拟输入和模拟输出两个部分。模拟信号的输入输出电路如图所示。上图中MICBIAS 为提供的麦克风偏压，通常是3/4 AVDD，MICIN为麦克风输入，可以根据需要调整输入增益。下图中LLINEOUT 为左声道输出，RLINEOUT为右声道输出。用户可以根据电阻阻值调节增益的大小，使语音输入输出达到最佳效果。从而实现良好的模拟语音信号输入与模拟信号的输出。4 实验结果及分析
4.1 实验结果
按“F5”键运行，注意观察窗口中的bEcho=0，表示数字回声功能没有激活。这时从耳机中能听到麦克风中的输入语音放送。将观察窗口中bEcho的取值改成非0值。这时可从耳机中听到带数字回声道语音放送。
分别调整uDelay和uEffect的取值，使他们保持在0-1023范围内，同时听听耳机中的输出有何变化。
当uDelay和uEffect的数值增大时，数字回声的效果就会越加的明显。
图4.1 修改前程序图
图4.2 修改前程序图
图4.3 频谱分析
图4.4 左声道及右声道波形 4.2 实验分析
所以，从本实验可知当已知一个数字音源后，可以利用计算机的处理能力，用数字的方式通过计算模拟回声效应。简单的讲，可以在原声音流中叠加延迟一段时间后的声流，实现回声效果。当然通过复杂运算，可以计算各种效应的混响效果。
声音放送可以加入数字回声，数字回声的强弱和与原声的延迟均可在程序中设定和调整。5 总结与心得体会
通过本次课程设计，我明白了细节决定成败这句话的道理，在实验中，有很多注意的地方，都被忽视了，导致再花费更多的时间去修改，这严重影响了试验的进度。同时，在本次实验中我了解了ICETEK – VC5509 – A板上语音codec芯片TLV320AIC23的设计和程序控制原理，并进一步掌握了数字回声产生原理、编程及其参数选择、控制，以及了解了VC5509DSP扩展存储器的编程使用方法。
这一学期的理论知识学习加上这次课程设计，使我对DSP有了更加深刻的了解，对数字信号的处理功能，软硬件相结合，语音信号的采集与放送等等方面都有了很深的了解，相信本次课程设计，无论是对我以后的学习，还是工作等方面都有一个很大的帮助。因此，本次课程设计让我受益匪浅。
参考文献
[1]李利.DSP原理及应用[M].北京:中国水利水电出版社,2004.[2]王安民,陈明欣,朱明.TMS320C54xxDSP实用技术[M].北京:清华大学出版社,2007 [3]彭启琮,李玉柏.DSP技术[M].成都:电子科技大学出版社,1997 [4]李宏伟,等.基于帧间重叠谱减法的语音增强方法[J].解放军理工大学学报,2001(1):41~44 [5]TexasInstrumentsIncorporated.TMS320C54x系列DSP的CPU与外设[M].梁晓雯,裴小平,李玉虎,译.北京:清华大学出版社,2006 [6]赵力.语音信号处理[M].北京:机械工业出版社,2003比较图4和图5,可以看到1200Hz以上的频谱明显得到了抑制。
[7]江涛,朱光喜.基于TMS320VC5402的音频信号采集与系统处理[J].电子技术用,2002,28(7):70~72[8]TexasInstrumentsIncorporated:TMS320VC5402Datasheet,2001
致谢
在本次课程设计的即将完成之际，笔者的心情无法平静，本文的完成既是笔者孜孜不倦努力的结果，更是指导老师樊洪斌老师亲切关怀和悉心指导的结果。在整个课程设计的选题、研究和撰写过程中，老师都给了我精心的指导、热忱的鼓励和支持，他的精心点拨为我开拓了研究视野，修正了写作思路，对课程设计的完善和质量的提高起到了关键性的作用。另外，导师严谨求实的治学态度、一丝不苟的工作作风和高尚的人格魅力，都给了学生很大感触，使学生终生受益。在此，学生谨向老师致以最真挚的感激和最崇高的敬佩之情。
另外，还要感谢这段时间来陪我一起努力同学，感谢我们这个小团队，感谢每一个在学习和生活中所有给予我关心、支持和帮助的老师和同学们，几年来我们一起学习、一起玩耍，共同度过了太多的美好时光。我们始终是一个团结、友爱、积极向上的集体。
第四篇：数字信号处理课程设计..
课程设计报告
课程名称： 数字信号处理 课题名称： 语音信号的处理与滤波
姓 名： 学 号： 院 系： 专业班级： 指导教师： 完成日期： 2013年7月2日
目录
第1部分 课程设计报告………………………………………3 一．设计目的……………………………………………3 二．设计内容……………………………………………3 三．设计原理……………………………………………3 四．具体实现……………………………………………5 1.录制一段声音…………………………………5 2.巴特沃斯滤波器的设计………………………8 3.将声音信号送入滤波器滤波…………………13 4.语音信号的回放………………………………19 5.男女语音信号的频谱分析……………………19 6.噪声的叠加和滤除……………………………22 五． 结果分析……………………………………………27 第2部分 课程设计总结………………………………28 一． 参考文献……………………………………………28
第1部分 课程设计报告
一．设计目的
综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。
二．设计内容
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法设计滤波器，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；换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，分析两段内容相同的语音信号频谱之间有什么特点；再录制一段同样长时间的背景噪声叠加到你的语音信号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适的滤波器，能够把该噪声滤除；
三．设计原理
1.在Matlab软件平台下，利用函数wavrecord()，wavwrite(),wavread(),wavplay()对语音信号进行录制，存储，读取，回放。
2.用y=fft(x)对采集的信号做快速傅立叶变换，并用[h1,w]=freqz(h)进行DTFT变换。
3.掌握FIR DF线性相位的概念，即线性相位对h(n)、H()及零点的约束，了解四种FIR DF的频响特点。
4.在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波。
5.抽样定理
连续信号经理想抽样后时域、频域发生的变化（理想抽样信号与连续信号频谱之间的关系）
理想抽样信号能否代表原始信号、如何不失真地还原信号即由离散信号恢复连续信号的条件（抽样定理）
理想采样过程描述： 时域描述：
ˆa(t)xa(t)T(t)xa(t)(tnT)xa(nT)(tnT)xnnT(t)频域描述：利用傅氏变换的性质，时域相乘频域卷积，若
n(tnT)ˆa(t)Xa(j)xXa(j)xa(t)T(j)T(t)
则有
ˆ(j)1X(j)(j)XaaT2121ˆXa(j)Xa(jjk)Xa(jjks)TkTTkˆ(j)与X(j)的关系：理想抽样信号的频谱是连续信号频谱的Xaa
周期延拓,重复周期为s(采样角频率)。如果：
X(j)Xa(j)a0s/2s/2即连续信号是带限的，且信号最高频率不超过抽样频率的二分之一，则可不失真恢复。
奈奎斯特采样定理：要使实信号采样后能够不失真还原，采样频率必须大于信号最高频率的两倍：s2h 或 fs2fh
四．具体实现
1.录制一段声音
1.1录制并分析
在MATLAB中用wavrecord、wavread、wavplay、wavwrite对声音进行录制、读取、回放、存储。
程序如下：
Fs=8000;%抽样频率 time=3;%录音时间 fprintf('按Enter键录音%ds',time);%文字提示 pause;%暂停命令 fprintf('录音中......');x=wavrecord(time*Fs,Fs,'double');%录制语音信号 fprintf('录音结束');%文字提示 fprintf('按Enter键回放录音');pause;%暂停命令
wavplay(x,Fs);%按任意键播放语音信号
wavwrite(x,Fs,'C:UsersacerDesktop数字信号sound.wav');%存储语音信号
N=length(x);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔 n1=1:N/2;f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 figure(2);subplot(2,1,1);plot(x);%录制信号的时域波形 title('原始信号的时域波形');%加标题 ylabel('幅值/A');%显示纵坐标的表示意义 grid;%加网格
y0=fft(x);%快速傅立叶变换 figure(2);subplot(2,1,2);plot(f,abs(y0(n1)));%原始信号的频谱图 title('原始信号的频谱图');%加标题 xlabel('频率w/pi');%显示横坐标表示的意义 ylabel('幅值 ');%显示纵坐标表示的意义 title('原始信号的频谱图');%加标题
grid;%加网格
图1.1 原始信号的时域与频谱图
1.2滤除无效点
针对实际发出声音落后录制动作半拍的现象，如何拔除对无效点的采样的问题: 出现这种现象的原因主要是录音开始时，人的反应慢了半拍，导致出现了一些无效点，而后而出现的无效的点，主要是已经没有声音的动作，先读取声音出来，将原始语音信号时域波形图画出来，根据己得到的信号，可以在第二次读取声音的后面设定采样点，取好有效点，画出滤除无效点后的语音信号时域波形图，对比可以看出。这样就可以解决这个问题。
x=wavread('C:UsersacerDesktop数字信号sound.wav', 7
[4000,24000]);%从4000点截取到24000结束 plot(x);%画出截取后的时域图形 title('截取后的声音时域图形');%标题 xlabel('频率');ylabel('振幅');grid;%画网格
图1.2 去除无效点
2.巴特沃斯滤波器的设计
2.1设计巴特沃思低通滤波器
MATLAB程序如下。滤波器图如图3.3所示。
%低通滤波
fp=1000;fs=1200;Fs=22050;rp=1;rs=100;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);[N,wc]=buttord(wap,was,rp,rs,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');[Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs1);figure(1);[h,w]=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h));title('巴特沃斯低通滤波器');xlabel('频率（HZ）');ylabel('耗损（dB）');gridon;9
图2.1 巴特沃思低通滤波器
2.2设计巴特沃思高通滤波器
MATLAB程序如下。滤波器图如图3.5所示。%高通滤波
fp=4800;fs=5000;Fs=22050;rp=1;rs=100;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);10
[N,wc]=buttord(wap,was,rp,rs,'s');[B,A]=butter(N,wc,'high','s');[Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs1);figure(1);[h,w]=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h));title('巴特沃斯高通滤波器');xlabel('频率（HZ）');ylabel('耗损（dB）');grid on;
图2.2巴特沃思高通滤波器
2.3设计巴特沃思带通滤波器
MATLAB程序如下。滤波器图如图3.7所示。%带通滤波
fp=[1200,3000];fs=[1000,3200];Fs=8000;rp=1;rs=100;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);[N,wc]=buttord(wap,was,rp,rs,'s');[B,A]=butter(N,wc,'s');[Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);[h,w]=freqz(Bz,Az,512,Fs1*1000);plot(w,abs(h));title('巴特沃斯带通滤波器');xlabel('频率（HZ）');ylabel('耗损（dB）');grid on;12
图2.3巴特沃思带通滤波器
3．将声音信号送入滤波器滤波
x=wavread('C:UsersacerDesktop数字信号sound.wav');%播放原始信号
wavplay(x,fs);%播放原始信号 N=length(x);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔 n1=1:N/2;f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 figure(4);subplot(4,2,1);plot(x);%录制信号的时域波形
title('原始信号的时域波形');%加标题 ylabel('幅值/A');%显示纵坐标的表示意义 grid;%加网格
y0=fft(x);%快速傅立叶变换 subplot(4,2,3);plot(f,abs(y0(n1)));%原始信号的频谱图 title('原始信号的频谱图');%加标题 xlabel('频率w/pi');%显示横坐标表示的意义 ylabel('幅值 ');%显示纵坐标表示的意义 title('原始信号的频谱图');%加标题 grid;%加网格
3．1低通滤波器滤波 fs=8000;beta=10.056;wc=2*pi*1000/fs;ws=2*pi*1200/fs;width=ws-wc;wn=(ws+wc)/2;n=ceil(12.8*pi /width);h=fir1(n,wn/pi,'band',kaiser(n+1,beta));[h1,w]=freqz(h);
ys=fftfilt(h,x);%信号送入滤波器滤波，ys为输出 fftwave=fft(ys);%将滤波后的语音信号进行快速傅立叶变换 figure(4);subplot(4,2,2);%在四行两列的第二个窗口显示图形 plot(ys);%信号的时域波形
title('低通滤波后信号的时域波形');%加标题 xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义 grid;%网格
subplot(4,2,4);%在四行两列的第四个窗口显示图形 plot(f, abs(fftwave(n1)));%绘制模值 xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义
title('低通滤波器滤波后信号的频谱图');%标题 grid;%加网格
wavplay(ys,8000);%播放滤波后信号
3．2高通滤波器滤波 fs=8000;beta=10.056;ws=2*5000/fs;wc=2*4800/fs;
width=ws-wc;wn=(ws+wc)/2;n=ceil(12.8*pi/width);h=fir1(n,wn/pi, 'high',kaiser(n+2,beta));[h1,w]=freqz(h);ys=fftfilt(h,x);%将信号送入高通滤波器滤波 subplot(4,2,5);%在四行两列的第五个窗口显示图形 plot(ys);%信号的时域波形 xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义 title('高通滤波后信号的时域波形');%标题 ylabel('幅值/A');%显示纵坐标的表示意义 grid;%网格
fftwave=fft(ys);%将滤波后的语音信号进行快速傅立叶变换 subplot(4,2,7);%在四行两列的第七个窗口显示图形 plot(f,abs(fftwave(n1)));%绘制模值 axis([0 1 0 50]);xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义
title('高通滤波器滤波后信号的频谱图');%标题 grid;%加网格
wavplay(ys,8000);%播放滤波后信号
3．3带通滤波器 fs=8000;beta=10.056;wc1=2*pi*1000/fs;wc2=2*pi*3200/fs;ws1=2*pi*1200/fs;ws2=2*pi*3000/fs;width=ws1-wc1;wn1=(ws1+wc1)/2;wn2=(ws2+wc2)/2;wn=[wn1 wn2];n=ceil(12.8/width*pi);h=fir1(n,wn/pi,'band',kaiser(n+1,beta));[h1,w]=freqz(h);ys1= fftfilt(h,x);%将信号送入高通滤波器滤波 figure(4);subplot(4,2,6);%在四行两列的第六个窗口显示图形 plot(ys1);%绘制后信号的时域的图形 title('带通滤波后信号的时域波形');%加标题 xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示纵坐标表示的意义 grid;%网格
fftwave=fft(ys1);%对滤波后的信号进行快速傅立叶变换 subplot(4,2,8);%在四行两列的第八个窗口显示图形
plot(f, abs(fftwave(n1)));%绘制模值 axis([0 1 0 50]);xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义 title('带通滤波器滤波后信号的频谱图');%加标题 grid;%网格
wavplay(ys1,8000);%播放滤波后信号 图形如下：
原始信号的时域波形幅值/A0-1012x 10原始信号的频谱图34幅值/A1低通滤波后信号的时域波形0.50-0.5012频率w/pi3400.51频率w/pi高通滤波后信号的时域波形幅值/A0幅值/A0幅值/Ax 10高通滤波器滤波后信号的频谱图5012频率w/pi34幅值/A0.20-0.2幅值/A2001000x 10低通滤波器滤波后信号的频谱图200100000.51频率w/pi带通滤波后信号的时域波形0.50-0.501234频率w/pix 10带通滤波器滤波后信号的频谱图50幅值 00.5频率w/pi1000.5频率w/pi1
分析：三个滤波器滤波后的声音与原来的声音都发生了变化。其中低
通的滤波后与原来声音没有很大的变化，其它两个都又明显的变化
4.语音信号的回放
sound(xlow,Fs,bits);%在Matlab中，函数sound可以对声音进行回放，其调用格式: sound(xhigh, Fs,bits);%sound(x, Fs, bits);sound(xdaitong, Fs,bits);5.男女语音信号的频谱分析
5.1 录制一段异性的声音进行频谱分析
Fs=8000;%抽样频率 time=3;%录音时间 fprintf('按Enter键录音%ds',time);%文字提示 pause;%暂停命令 fprintf('录音中......');x=wavrecord(time*Fs,Fs,'double');%录制语音信号 fprintf('录音结束');%文字提示 fprintf('按Enter键回放录音');pause;%暂停命令 wavplay(x,Fs);%按任意键播放语音信号
wavwrite(x,Fs,'C:UsersacerDesktop数字信号sound2.wav');%存储语音信号
5.2 分析男女声音的频谱
x=wavread(' C:UsersacerDesktop数字信号sound2.wav ');%播放原始信号,解决落后半拍
wavplay(x,fs);%播放原始信号 N=length(x);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔 n1=1:N/2;
f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 figure(1);subplot(2,2,1);plot(x);%录制信号的时域波形
title('原始女生信号的时域波形');%加标题 ylabel('幅值/A');%显示纵坐标的表示意义 grid;%加网格
y0=fft(x);%快速傅立叶变换 subplot(2,2,2);plot(f,abs(y0(n1)));%原始信号的频谱图 title('原始女生信号的频谱图');%加标题 xlabel('频率w/pi');%显示横坐标表示的意义 ylabel('幅值 ');%显示纵坐标表示的意义 grid;%加网格
[y,fs,bits]=wavread(' C:UsersacerDesktop数字信号sound.wav ');% 对语音信号进行采样
wavplay(y,fs);%播放原始信号 N=length(y);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔 n1=1:N/2;f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 subplot(2,2,3);plot(y);%录制信号的时域波形
title('原始男生信号的时域波形');%加标题 ylabel('幅值/A');%显示纵坐标的表示意义 grid;%加网格
y0=fft(y);%快速傅立叶变换
subplot(2,2,4);%在四行两列的第三个窗口显示图形 plot(f,abs(y0(n1)));%原始信号的频谱图 title('原始男生信号的频谱图');%加标题 xlabel('频率w/pi');%显示横坐标表示的意义 ylabel('幅值 ');%显示纵坐标表示的意义 grid;%加网格
5.3男女声音的频谱图
原始女生信号的时域波形0.50-0.5-1150100原始女生信号的频谱图幅值/A幅值 012345000x 10原始男生信号的时域波形0.50.5频率w/pi原始男生信号的频谱图1300200幅值/A0幅值 012x 1034100-0.5000.5频率w/pi1
图5.3男女声音信号波形与频谱对比
分析：就时域图看，男生的时域图中振幅比女生的高，对于频谱图女生的高频成分比较多
6.噪声的叠加和滤除
6.1录制一段背景噪声
Fs=8000;%抽样频率 time=3;%录音时间 fprintf('按Enter键录音%ds',time);%文字提示 pause;%暂停命令 fprintf('录音中......');x=wavrecord(time*Fs,Fs,'double');%录制语音信号
fprintf('录音结束');%文字提示 fprintf('按Enter键回放录音');pause;%暂停命令 wavplay(x,Fs);%按任意键播放语音信号 wavwrite(x,Fs,'C:UsersacerDesktop数字信号噪音.wav');%存储语音信号
6.2 对噪声进行频谱的分析
[x1,fs,bits]=wavread(' C:UsersacerDesktop数字信号噪音.wav ');%对语音信号进行采样
wavplay(x1,fs);%播放噪声信号 N=length(x1);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔
n1=1:N/2;f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 figure(5);subplot(3,2,1);plot(x1);%信号的时域波形 title('噪声信号的时域波形');grid;ylabel('幅值/A');y0=fft(x1);%快速傅立叶变换
subplot(3,2,2);plot(f,abs(y0(n1)));%噪声信号的频谱图 ylabel('幅值');title('噪声信号的频谱图');
6.3原始信号与噪音的叠加
fs=8000;[x,fs,bits]=wavread(' C:UsersacerDesktop数字信号sound.wav ');%对录入信号进行采样
[x1,fs,bits]=wavread(' C:UsersacerDesktop数字信号噪音.wav ');%对噪声信号进行采样
yy=x+x1;%将两个声音叠加
6.4叠加信号的频谱分析：
wavplay(yy,fs);%播放叠加后信号 N=length(yy);%返回采样点数 df=fs/N;%采样间隔 n1=1:N/2;f=[(n1-1)*(2*pi/N)]/pi;%频带宽度 figure(5);subplot(3,2,3);plot(yy,'LineWidth',2);%信号的时域波形
title('叠加信号的时域波形');xlabel('时间/t');ylabel('幅值/A');grid;y0=fft(yy);%快速傅立叶变换 subplot(3,2,4);plot(f,abs(y0(n1)));%叠加信号的频谱图 title('叠加信号的频谱图');xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/db');grid;
6.5 设计一个合适的滤波器将噪声滤除 fs=18000;%采样频率 Wp=2*1000/fs;%通带截至频率 Ws=2*2000/fs;%阻带截至频率 Rp=1;%最大衰减 Rs=100;%最小衰减
[N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs);%buttord函数（n为阶数，Wn为截至频率）
[num,den]=butter(N,Wn);%butter函数（num为分子系数den为分母系数）
[h,w]=freqz(num,den);%DTFT变换
ys=filter(num,den,yy);%信号送入滤波器滤波，ys为输出 fftwave=fft(ys);%将滤波后的语音信号进行快速傅立叶变换 figure(5);subplot(3,2,5);plot(ys);%信号的时域波形
title('低通滤波后信号的时域波形');%加标题 ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义 grid;%网格 subplot(3,2,6);plot(f, abs(fftwave(n1)));%绘制模值 title('低通滤波器滤波后信号的频谱图');%标题 xlabel('频率w/pi');ylabel('幅值/A');%显示标表示的意义 grid;%加网格
wavplay(ys,8000);%播放滤波后信号 grid;图形如下：
噪声信号的时域波形1100噪声信号的频谱图幅值/A0-1幅值0123450000.5叠加信号的频谱图1x 10叠加信号的时域波形10-101时间/t2200幅值/db34幅值/A100000.5频率w/pi1x 10低通滤波后信号的时域波形0.5低通滤波器滤波后信号的频谱图200幅值/A0-0.5幅值/A012x 1034100000.5频率w/pi1
图6.1噪音的叠加与滤除前后频谱对比
7.结果分析
1.录制刚开始时，常会出现实际发出声音落后录制动作半拍，可在[x,fs,bits]=wavread('d:matlavworkwomamaaiwo.wav')加 窗[x,fs,bits]=wavread('d:matlavworkwomamaaiwo.wav'，[100 10000])，窗的长度可根据需要定义。
2.语音信号通过低通滤波器后，把高频滤除，声音变得比较低沉。当通过高通滤波器后，把低频滤除，声音变得比较就尖锐。通过带通滤波器后，声音比较适中。
3.通过观察男生和女生图像知：时域图的振幅大小与性别无关，只与说话人音量大小有关，音量越大，振幅越大。频率图中，女生高 27
频成分较多。
4.叠加噪声后，噪声与原信号明显区分,但通过低通滤波器后，噪声没有滤除，信号产生失真。原因可能为噪声与信号频率相近无法滤除。
第2部分 课程设计总结
通过本次课程设计，使我们对数字信号处理相关知识有了更深刻的理解，尤其是对各种滤波器的设计。在设计的过程中遇到了很多问题，刚刚开始时曾天真的认为只要把以前的程序改了参数就可以用了，可是问题没有我想象中的那么简单，单纯的搬程序是不能解决问题的。通过查阅资料和请教同学收获了很多以前不懂的理论知识。再利用所学的操作，发现所写的程序还是没有能够运行，通过不断地调试，运行，最终得出了需要的结果。整个过程中学到了很多新的知识，特别是对Matlab的使用终于有些了解。在以后的学习中还需要深入了解这方面的内容。在这次的课程设计中让我体会最深的是：知识来不得半点的马虎。也认识到自己的不足，以后要进一步学习。
八．参考文献
[1]数字信号处理教程(第三版)程佩青 清华大学出版社 [2]MATLAB信号处理 刘波 文忠 电子工业出版社 [3]MATLAB7.1及其在信号处理中的应用 王宏 清华大学出版社
[4]MATLAB基础与编程入门 张威 西安电子科技大学出版社
[5] 数字信号处理及其MATLAB实验 赵红怡 张常 化学工业出版社
[6]MATLAB信号处理详解 陈亚勇等 人民邮电出版社 [7] 数字信号处理
钱同惠 机械工业出版社 29
第五篇：语音信号处理课程设计指导剖析
数字信号处理课程设计报告
学院：电子信息学院
班级：通信131
姓名：*** 2016年 月 日
语音信号处理
目录
一、设计目的.................................2
二、设计要求及任务...........................2 2.1 语音信号的采集........................2 2.2 语音信号的频谱分析；..................2
三、课程设计平台.............................3
四、设计原理与计算方法.......................3 4.1卷积运算..............................3 4.2 采样定理..............................3
五、设计内容.................................4 5.1利用带阻滤波器的进行滤波的具体步骤....4 5.1.1语音信号的录入与提取..............4 5.1.2加入噪声信号......................6 5.1.3 语音信号和噪声信号相加...........8 5.1.4滤波器设计........................9 5.1.5对信号进行滤波...................11 5.2利用低通滤波器进行滤波...............12 六：总结....................................14
语音信号处理
一、设计目的
1、学会MATLAB的使用，掌握MATLAB程序设计方法；
2、掌握在Windows环境下语言信号采集的方法；
3、掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法；
4、掌握MATLAB设计IIR数字滤波器的方法；
5、学会用MATLAB对信号进行分析和处理；
二、设计要求及任务
2.1 语音信号的采集
本设计利用计算机Windows下的录音机录入一句语音信号，然后在Matlab软件平台下，利用函数waveread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
2.2 语音信号的频谱分析；
在Matlab中，可以利用函数FFT对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，然后加入一干扰信号，要求画出语音信号干扰前后的时域波形，并对其频谱进行分析。
1、设计数字滤波器，给出性能指标（参考指标）；
（1）低通滤波器的性能指标：fp=1000Hz,fs=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB（2）高通滤波器的性能指标：fs=4800Hz,fp=5000Hz,As=100dB,Ap=1dB（3）带通滤波器的性能指标：fp1=1200Hz,fp2=3000Hz,fs1=1000Hz, fps2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB；
采用双线性变换法设计上面一种类型的数字滤波器，要求使用切比雪夫II型滤波器。
2、用滤波器对信号进行滤波
语音信号处理
画出滤波后信号的时域波形及频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。
3、回放语音信号，分析滤波前后的语音变化。
在熟悉数字信号处理课程理论的基础上，通过MATLAB仿真实现语音信号的采集与处理，进一步加深对数字信号处理理论和技术的掌握。
三、课程设计平台
计算机、MATLAB6.5以上
四、设计原理与计算方法
4.1卷积运算
卷积和乘积运算在频域和时域是一一对应的，两个信号在时域的卷积可以转化为求两者在频域的乘积后再反变换，同理在频域的卷积等时域的乘积。而信号的频域求解有快速傅里叶FFT算法。
卷积与傅里叶变换有着密切的关系。利用这一点性质，即两函数的傅里叶变换的乘积等于它们卷积后的傅里叶变换，能使傅里叶分析中许多问题的处理得到简化。
由卷积得到的函数f*g 一般要比f 和g 都光滑。特别当g 为具有紧支集的光滑函数，f 为局部可积时，它们的卷积f * g 也是光滑函数。利用这一性质，对于任意的可积函数f，都可以简单地构造出一列逼近于f 的光滑函数列，这种方法称为函数的光滑化或正则化。
卷积的概念还可以推广到数列、测度以及广义函数上去。4.2 采样定理
采样定理，又称香农采样定理，奈奎斯特采样定理，是信息论，特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。E.T.Whittaker(1915年发表的统计理论), 3
语音信号处理
克劳德·香农与Harry Nyquist都对它作出了重要贡献。另外，V.A.Kotelnikov也对这个定理做了重要贡献。
采样是将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。采样定理指出，如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的两倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制，也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。采样定理是指，如果信号带宽不到采样频率的一半（即奈奎斯特频率），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。大多数应用都要求避免混叠，混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。
五、设计内容
5.1利用带阻滤波器的进行滤波的具体步骤
5.1.1语音信号的录入与提取
用电脑所带的录音工具录制一段录音，并将声音保存，因为录入的声音不是wav格式，因此用格式工厂软件将其进行转换位wav格式。
利用Matlab对语音信号进行FFT分析，并画出源语音信号的时域波形和频域波形。实验代码：
[x,fs]=wavread('c1.wav');%利用wavread函数对语音信号进行提取 figure(1)subplot(2,1,1);N=length(x);T=1/fs;
t=0:T:(N-1)*T;%时间间隔
plot(t,x)%以时间为横轴，x为纵轴画图 title('原语音信号时域分析')%图形命名 xlabel('t(s)')ylabel('x')
以上为时域分析，接下来为频域分析
语音信号处理
f=(0:N-1)*fs/N;X=fft(x);subplot(2,1,2)plot(f,abs(X))axis([0 25000 0 60]);title('原语音信号频域分析')xlabel('f(Hz)')ylabel('X')
语音信号图形：
语音信号处理
5.1.2加入噪声信号
在此选择余弦函数作为噪声信号，因为正弦和余弦函数的频域为两条竖直的线，便于滤波
实验代码：
y=0.003*sin(50000*t);
y1=[y' y'];%对噪音信号进行转换，便于信号相加（见下图有说明）Y=fft(y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,y)
title('干扰信号时域波形')xlabel('t(s)')
ylabel('y=0.003*sin(50000*t)')Y=fft(y);subplot(2,1,2)plot(f,abs(Y))
axis([0 25000 0 60]);%取在语音信号范围内的噪声信号 title('干扰信号频域波形')xlabel('f(Hz)')ylabel('Y')
语音信号处理
通过图中划线的部分可以看出，通过y1=[y' y']此句可以将x和y这两个变量类型统一，以便噪声与语音信号的相加
语音信号处理
噪声信号图形：
5.1.3 语音信号和噪声信号相加
实验代码：
x1=wavread('c1.wav');x2=x1+y1;figure(3)subplot(2,1,1)plot(t,x2)
title('加入噪声信号时域波形')xlabel('t(s)')ylabel('x')X2=fft(x2);subplot(2,1,2)plot(f,abs(X2))
axis([0 25000 0 60]);title('加入噪声信号频域波形')
语音信号处理
xlabel('f(Hz)')ylabel('Y')
两信号相加图形：
5.1.4滤波器设计
fp1=0.5*10^4;fp2=4*10^4;fs1=0.6*10^4;fs2=3.7*10^4;Rp=1;As=100;Fs=80000;
wp11=2*pi*fp1/Fs;wp22=2*pi*fp2/Fs;ws11=2*pi*fs1/Fs;
语音信号处理
ws22=2*pi*fs2/Fs;
OmegaP11=2*Fs*tan(wp11/2);OmegaP22=2*Fs*tan(wp22/2);OmegaS11=2*Fs*tan(ws11/2);OmegaS22=2*Fs*tan(ws22/2);OmegaP=[OmegaP11,OmegaP22];OmegaS=[OmegaS11,OmegaS22];%预畸变化
[N,OmegaC]=cheb2ord(OmegaP,OmegaS,Rp,As,'s');[b,a]=cheby2(N,As,OmegaS,'stop','s');[bz,az]=bilinear(b,a,Fs);%AD转换 [H,w]=freqz(bz,az);db=20*log10(abs(H));figure(4)plot(w/pi,db)title('带阻滤波器')xlabel('w/pi')ylabel('Db')
滤波器图形：
语音信号处理
5.1.5对信号进行滤波
实验代码：
H=filter(bz,az,x2);figure(5)subplot(211)plot(t,H)
title('滤波后时域')xlabel('t(s)')ylabel('x')subplot(212)H1=fft(H);plot(f,abs(H1));axis([0 25000 0 60]);title('滤波后频域')xlabel('f(Hz)')
语音信号处理
ylabel('Y')
滤波后图形：
对比原图源信号已经被滤出来了 5.2利用低通滤波器进行滤波
前三步和上面带阻滤波器一样便不再重复叙述，从低通滤波器的设计开始 低通滤波器实验代码： fp1=0.25*10^4;fs1=0.5*10^4;Rp=1;As=100;Fs=30000;
wp11=2*pi*fp1/Fs;ws11=2*pi*fs1/Fs;
OmegaP=2*Fs*tan(wp11/2);OmegaS=2*Fs*tan(ws11/2);%频率预畸
语音信号处理
[N,OmegaC]=cheb2ord(OmegaP,OmegaS,Rp,As,'s');%为了得到N C [z0,p0,k0]=Cheb2ap(N,As);%归一化原型低通滤波器零极点 a0=real(poly(p0));b0=k0*real(poly(z0));
[b,a]=lp2lp(b0,a0,OmegaC);%将归一化原型低通转换成低通滤波器
[bz,az]=bilinear(b,a,Fs);%双线性变换AF到DF [H,w]=freqz(bz,az);db=20*log10(abs(H));figure(4)plot(w/pi,db)title('低通滤波器')xlabel('w/pi')ylabel('Db')
此处设计低通滤波器时与上面方法不同，此处先求出了归一化原型低通滤波器，在利用归一化原型低通滤波器转换成低通滤波器 低通滤波器图形：
语音信号处理
滤波后图形：
从图中可以看出，利用低通滤波器也还原出了源语音信号，并且比带阻的效果稍好一点
六、总结
这次课程设计虽然遇到了很多问题，很多困难，但是也学到了很多东西。不仅学到了书本上的东西，而且学到了很多课本上没有的东西，很多程序里的东西，特别是程序语法，总是有错误，但是总是不知道错在哪里，在细心的检查下，终于找出了错误和警告，排除困难后，程序编译就通过了，心里终于舒了一口气。还有各种各样问题，通过查网络和请教同学来弄明白，这个过程是痛苦的，有时候有些问题不能马上解决，感到很头痛，真想放弃这个问题，但是坚持下来，并且解决这些问题的时候，真的有种苦尽甘来的感觉。
应用MATLAB进行语音信号的处理是与我们所学课程及专业紧密相连的，有着很强的实践性。做这个课程设计的时候，并不是非常的顺利，我也有遇到很多困难。刚开始，我用自己的mp3录制的一个音频文件做语音信号处理，程序始终现实如下错误提示：
语音信号处理
??? Error using ==> wavread Error using ==> wavread Data compression format(IMA ADPCM)is not supported.我在查阅了很多资料，在网上也查阅相关信息，最后发现只有WAV格式的音频信号才能被wavread函数识别，这只是其中的一个小困难，当然后来也出现了许多错误，不过在我们的精心调试下，代码终于运行成功 通过这次设计，进一步加深了对数子信号处理的了解，让我对它有了更加浓厚的兴趣。通过这次课设使我懂得，平时的理论知识只有通过自己动手做一个课题，从做这个课题的过程中发现问题，解决问题，这个学习的过程，会比我们平时在课堂上听到的知识更加的生动立体，更能让人记忆深刻。
总的来说，通过这次的课程设计我对语音信号有了全面的认识，对数字信号处理又有了深刻的理解，让我们感受到只有在充分理解课本知识的前提下，才更更好的应用这个工具。同时我相信，matlab会对我以后的学习中起到更大的帮助
参考文献
[1] 高西全、丁玉美编著，数字信号处理。西安：西安电子科技大学出版社，2008.[2]丁玉美、高西全编著，数字信号处理学习指导。西安：西安电子科技大学出版社，2001.[3]郑君里等编，信号与系统。北京：高等教育出版社，2000.[4]刘树棠译，数字信号处理——使用MATLAB。西安：西安交通大学出版社，2002.[5]导向科技编著，MATLAB程序设计与实例应用。北京：中国铁道出版社，2001.[6]罗军辉等编著，MATLAB7.0在数字信号处理中的应用。北京：机械工程出版社，2005.[7]陈怀琛等编著，MATLAB及在电子信息课中的应用。北京：电子工业出版社，2002.[8]胡广书编组，数字信号处理——理论、算法与实现。北京：清华大学出版社，2002.[9]梁虹等编，信号与线性系统分析——机遇MATLAB的方法与实现。北京：高等教育出版社，2006.语音信号处理
[10]刘卫国主编，MATLAB程序设计与应用（第二版）。北京：高等教育出版社，2006.
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