语音信号的数字滤波处理(十一)
数字滤波器处理语音信号
课程设计报告课程名称数字信号处理课题名称数字滤波器处理语音信号专业通信工程班级学号姓名指导教师胡瑛张细政2013年9月8日湖南工程学院课程设计任务书课程名称数字信号处理课题数字滤波器处理语音信号专业班级通信学生姓名学号指导老师胡瑛张细政审批任务书下达日期2013 年9月 1 日任务完成日期2013 年9月8日目录1、课题的主要功能························································错误！未定义书签。
1.1问题描述···························································错误！未定义书签。
实验三 语音信号的滤波处理
实验三 语音信号的滤波处理一、实验目的通过对语音信号的滤波处理，掌握信号频谱的计算、滤波方法，实现从频域上分离不同特点的信号，从而达到滤除信号中的干扰、降低噪声、以及分离男声和女声的目的。
二、实验原理1. 信号的和、积运算信号和与积运算是指信号相加与相乘。
这类运算较为简单。
需要注意的是，必须将同一瞬间的两个函数值相加或相乘。
在图1中，将()x t 视为缓慢波动的信道噪声，()g t 视为要传输的数字信号，则()()x t g t +表示了实际发送的数字信号，()()x t g t ⋅表示了信道噪声()x t 的取样输出信号。
tttt图1 信号的相乘与相加 图2 正弦信号与噪声相加 在实际应用中，最常见的是有用信号与噪声相加，这样的信号中，信号功率与噪声功率之比称为信噪比。
如图2所示是正弦信号、噪声信号的波形及两种信噪比下正弦信号与噪声相加的波形图。
然而有用信号是相对的，例如在语音信号中，正弦信号则是干扰信号，它同噪声一起，都是需要设法去掉的信号。
2. 信号的频谱计算实际应用中的信号绝大多数表现为振荡形式。
如图3所示是语音信号及其一个局部的波形图，可见该信号是一种振荡形式。
语音信号语音信号局部图3 语音信号的波形将复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的正(余)弦振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱(幅度谱)。
广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。
它将对信号的研究从时域引到频域，从而带来更直观的认识。
在信号与系统中，采用FS、FT、DFS、DTFT等工具来计算信号的频谱。
实际信号的频谱往往比教材中的例子要复杂得多。
例如图4是图3所示语音信号的幅度谱，其中上图是fft()输出的结果，其表示的频率范围为0~f，下图s是中心频率在零频率处的幅度谱，它与教材中的表示方式一致。
应用FFT计算的幅度谱中心在零频率的幅度谱图4 语音信号的频谱3. 信号的理解本课程的教材中讲到了“信号的分类”、“典型信号（或常用信号）”等内容，这对于理解信号还远远不够。
语音信号的数字滤波处理
3.3.2巴特沃斯滤波器
巴特沃斯低通滤波器的性能指标：
fp1=1000;fs1=1500;wp1=2*pi*fp1;ws1=2*pi*fs1;Rp1=1;As1=60;其结果如图3.5所示。
图3.1线性卷积过程中
图3.2线性卷积结果图
3.1.2循环卷积
输入任意两个序列x1、x2，指定x1为自己的学号，例如：x1=[2,0,0,7,8,4,2,5,0,1,3,7]，x2的内容和长度自选。本次实验x2=[1,2,3,4]。然后用MATLAB语言编写程序，实现循环卷积的演示，演示结果如图3.3所示。
图3.4采样定理结果图
在用MATLAB实现采样定理时，调用了时域序列绘图函数tstem（），其程序代码如下：
function tstem(xn,yn)
%时域序列绘图函数
% xn:信号数据序列，yn:绘图信号的纵坐标名称（字符串）
n=0:length(xn)-1;
stem(n,xn,'*-');box on
Keywords:Signal filter；sampling；aliasing；effect
目录
第1章设计目的与内容1
Abstract
1.1设计目的1
1.2设计内容1
第2章基本原理2
2.1线性卷积和循环卷积2
2.1.1线性卷积2
2.1.2循环卷积2
2.2采样定理2
2.3数字滤波器3
2.3.1巴特沃斯滤波器3
y=wavread(file)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。
音频信号的数字滤波处理
西南科技大学课程设计报告课程名称：数字通信课程设计设计名称：音频信号的数字滤波处理*名：**学号: ********班级：通信0802指导教师：李艳（老师）起止日期：2011.6.28—2011.7.4西南科技大学信息工程学院制课程设计任务书学生班级：通信0802 学生姓名：刘雄学号：20084879设计名称：音频信号的数字滤波处理起止日期：2011.6.28—2011.7.4 指导教师：李艳（老师）课程设计学生日志课程设计考勤表课程设计评语表音频信号的数字滤波处理一、设计目的和意义语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。
通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。
语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。
语音是语言的声学表现，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。
二、设计原理1、实验原理系统方框图原始语音高通滤波器低通滤波器叠加音频信号Matlab读入低通滤波器Matlab播放20~120Hz的信号图1系统方框图2、设计IIR数字滤波器：设计数字滤波器的任务就是寻求一个因果稳定的线性时不变系统，并使系统函数H(z)具有指定的频率特性。
数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。
IIR滤波器的特征是，具有无限持续时间冲激响应。
这种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。
FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间，在工程实际中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现。
IIR数字滤波器是一种离散时间系统，其系统函数为（1）假设M≤N，当M＞N时,系统函数可以看作一个IIR的子系统和一个(M-N)的FIR子系统的级联。
IIR数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数和，它是数学上的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。
语音信号的滤波与处理
广西工学院数字信号处理课程设计题目：语音信号的处理与滤波(难度系数：0.8)系别：计算机工程学院专业：通信工程班级：通信091学号：200900402037姓名：郑志军指导教师：周坚和日期：2012.01.01目录摘要： ...................................错误!未定义书签。
一．设计内容 .. (5)二．设计目的 (5)三．基本步骤 (5)四、相关原理知识 (6)五、实现过程 (12)1．录制声音 (12)2．分别取8000个和16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因 (15)3．滤波器的设计 (17)4．对声音进行滤波 (18)5．把处理后的所有数据存储为声音文件，与原始声音进行比较19六、心得体会 (20)七、参考文献 (21)摘要信号处理是现代信息处理的基本内容，数字信号的处理更是重中之重。
数字信号处理的研究内容主要是语音信号和图像信号，而研究语音信号对于现代语音通信有着积极的意义。
研究语音信号又分为时域和频域两个方面。
（1）语音信号的时域分析处理：一类是进行语音信号分析，另一类是生成和变换各种调制信号，对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法进行噪声的抑制等等。
前一类是属于时域中信号平均累加器的线性处理，主要通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现。
而后一类，则属于非线性的变换和处理。
（2）语音信号的频谱分析处理：信号的时域频谱分析通常是要结合在一起进行的。
在数字设计系统中，任何信号处理器件都可以看成是一个滤波器，滤波器设计是数字信号处理的重要内容。
滤波器就是在对信号进行分析的基础上，设计适当的系统，提取有用的信号，抑制噪声信号干扰。
滤波器的设计通常是在频率域进行的[1]。
本设计是用MATLAB仿真软件设计滤波器对受干扰的语音信号进行滤波处理，并对各部分进行频谱分析。
MATLAB工具介绍：MATLAB是MathWorks公司开发的一种跨平台的用于多种仿真的简单高效的数学语言。
语音信号的数字滤波处理
题目:语音信号的FIR滤波器处理组员：班级:指导教师：成绩：摘要：DSP( Digital Signal Processing) 也就是我们常说的数字信号处理,它是利用计算机或专用处理设备, 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理, 以得到符合人们需要的信号形式。
数字滤波是语音信号处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用的基本处理算法。
在数字信号处理中，滤波具有极其重要的作用。
数字滤波是谱分析、通信信号处理等的基本算法，它能够满足滤波器对幅度和相位的严格要求，解决了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，同时用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，又有很高的可编程性和灵活性。
本文采用数字滤波器的设计基础及用窗函数法设计FIR滤波器的方法，用CCS 2.0进行观察效果。
关键词：FIR滤波 MATLAB 窗函数法 CCS1、设计目的1.1 掌握 FIR 数字滤波器的设计思路及方法步骤，学会设计各种低通、高通、带通滤波器。
1.2 学会利用DSP 技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分 析和解决具体问题。
1.3 熟悉汇编语言，学会用 DSK/DEC5402 CCS2.0 软件编写C 语言程序和汇编语言程序。
1.4 培养自己对工程设计的独立工作能力。
2、设计要求2.1设计一FIR 低通滤波器，实现对语音信号的滤波。
2.2用语音信号去检验该滤波器，查看滤波效果。
根据老师的要求，我们自己拟定了滤波器的指标：Fs=8000hz ，Wp=1500 Hz ，Ws=2000 Hz ，通带波纹为0.01，阻带波纹为0.1，N=37。
3、课程设计内容通过 DSP 处理器控制 TLC320AD50 采集音频信号，在 CCS 软件中分析音频信号的频谱图，使用 Matlab 设计相应的 FIR 低通数字滤波器得到滤波器H(z)的系数，然后根据这些系数，编写 DSP 程序（C 语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在 CCS 软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。
数字信号课程设计---语音信号的处理与滤波
数字信号处理课程设计说明书设计题目语音信号的处理与滤波系别计算机工程系专业班级通信061学生姓名学号指导教师日期日摘要：本文主要利用MATLAB工具采用双线性法和窗函数法设计IIR滤波器和FIR数字滤波器，并通过所设计的滤波器进行语音信号滤波分析，初步学会信号处理的过程和分析问题的能力。
关键词：MA TLAB 滤波器设计一．引言随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为今一门极其重要的学科和技术领域。
数字信号处理在通信语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。
在数字信号处理应用中，数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。
二．MATLAB工具简介1．MA TLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意，现已发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大的大型软件，已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；2．MA TLAB的语言特点（1）。
语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。
MATLAB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。
（2）运算符丰富。
由于MA TLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MA TLAB的运算符将使程序变得极为简短。
（3）MA TLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。
（4）程序限制不严格，程序设计自由度大。
例如，在MA TLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。
（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可在各种型号的计算机和操作系统上运行。
（6）MA TLAB的图形功能强大。
在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。
DSP课程设计语音信号的数字滤波处理.
摘要数字信号处理（DSP）是20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。
语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号处理的一门学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。
Matlab是一套用于科学工程计算的可视化高性能软件，是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统，具有强大的矩阵运算能力，是本次课程设计的计算机辅助分析与设计部分的基础。
本设计通过运用MATLAB软件采集一段语音信号、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IIR和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，再对其进行频谱分析，通过分析滤波前后频谱图的区别，比较不同滤波器的滤波效果及其对语音信号的影响。
关键词：DSP；语音信号处理；MATLAB；滤波器目录1 绪论 (1)2 课程设计目的与内容 (2)2.1设计目的 (2)2.2设计内容 (2)3 设计原理 (2)3.1 用窗函数法设计FIR滤波器 (2)3.2 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (3)4 设计程序的调试和运行结果 (7)4.1预习题部分 (7)4.2设计题部分 (11)4.2.1 语音信号的频谱分析 (11)4.2.2 污染信号的频谱分析 (12)4.2.3 IIR滤波器——切比雪夫型滤波器 (14)4.2.4 FIR滤波器—hanning窗滤波器 (17)5 课程设计的思考与体会 (20)5.1设计思考 (20)5.2设计体会 (20)参考文献 (22)致谢 (23)附录 MATLAB程序代码 (24)1 绪论随着信息化的推进，数字信号处理的地位和作用变得越来越重要。
因为信息化的基础是数字化，而数字化的核心技术就是数字信号处理。
半个世纪以来，在如此强有力的需求牵引下，伴随着计算机技术、微电子技术日新月异的突破，数字信号处理的方法和应用越来越广泛和深入，发展十分迅速。
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（3）数字滤波器设计及其应用
1利用Windows下的录音机或其他软件，进行语音信号的采集（*.wav）；
2语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；
3产生噪声信号并加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；
4污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱；
课题内容及要求：
一设计内容
第一部分：预习题
（1）设计卷积运算的演示程序：
1可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，指定x1(n)为自己的学号,例如x1(n)={2,0,0,7,8,4,2,5,0,1,2,3}。
x2(n)的内容和长度自选。例如x2(n)={ 1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000}。
（4）设计程序的调试和运行结果(可按滤波器种类分别叙述，注意图文并茂)
（5）课程设计的思考与体会
（6）参考文献
3、附录
MATLAB程序代码；
主要参考文献：（由指导老师选定）
（1）《数字信号处理（第二版）》，丁玉美等，西安电子科技大学出版社；
（2）《数字信号处理试验指导书》王创新、文卉编长沙理工大学印刷（内部使用）
2分别动态演示两个序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)和圆周卷积x1(n)⊙x2 (n)的过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程；
3圆周卷积默认使用两个序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N用以进行混叠分析；
4改变圆周卷积长度N，根据实验结果分析2类卷积的关系。
5在计算机操作系统下选一段声音文件(XP系统在“C:\WINDOWS\Media”)，读取文件取10ms的声音数据产生时域序列x1(n),序列内容自定义。利用x2(n)= {1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1}。利用FFT实现快速卷积，验证时域卷积定理，并与直接卷积进行效率对比（验证时采用matlab子函数）。
（3）《数字信号处理及其MATLAB实现》，陈怀琛等译，电子工业出版社；
（4）《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。
（5）《数字信号处理》A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著，北京：科学出版社
（6）《数字信号处理——理论、算法与实现（第二版）》胡广书编著，北京：电子工业出版社
（2）编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc时，产生的混叠效应：
①对下面连续信号进行采样：
，A为幅度因子，a为衰减因子， 为模拟角频率，其中n为学号(例如，王墨同学n=23)
②要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。
要求利用windows下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000Hz，8位，单声道）录制一段自己的话音，或者采用Windows自带的声音文件（默认为22050Hz），时间控制在几秒左右。然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过wavread函数的使用，要求理解采样频率、采样位数等概念。
四、设计要求：
1.掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。
2.熟悉离散信号和系统的时域特性。
3.掌握序列快速傅里叶变换方法。
4.学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。
5.掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。
6.掌握滤波器的网络结构。
7.掌握MATLAB设计IIR、FIR数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。
4.回放语音信号
在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。
三、设计思考
1．双线性变换法中Ω和ω之间的关系是非线性的，在设计中你注意到这种非线性关系了吗？从哪几种数字滤波器的幅频特性曲线中可以观察到这种非线性关系？
2．能否利用公式完成脉冲响应不变法的数字滤波器设计？为什么？
根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标，例如：1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz，As=100dB，Ap=1dB；2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz，As=100dB，Ap=1dB；3）带通滤波器性能指标，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。
5根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个IIR滤波器）
a.模拟滤波器类型：椭圆函数滤波器（低通、带通、高通）
b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标
6根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个FIR滤波器）
y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。
2．语音信号的频谱分析
要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。
3．设计数字滤波器和画出频率响应
三、考核方式
课程考核分三部分，一部分是上机率，占20%；第二部分是检查成绩，最后两次上机为检查时间，占50%；第三部分为课程设计报告，占30%。
课题完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）：
1、课程设计的任务书
2、课程设计报告
（1）本课程设计目的
（2）设计基本原理(可按滤波器种类分别叙述)
（3）设计的步骤和过程(可按滤波器种类分别叙述)
长沙理工大学
课程设计（论文）任务书
课程：数字信号处理
题目：语音信号的数字滤波g窗）滤波器
电气与信息工程系电子信息工程专业班
任务起止日期：2015年6月29日至2015年7月3日
学生姓名唐泉学号201257050219
指导教师袁志辉
教研室主任年月日审查
院长(系主任)__年月日批准
wavread函数调用格式：
y=wavread(file)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。
[y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits表示采样位数。
y=wavread(file,N)，读取前N点的采样值放在向量y中。
同组设计者：
注：1、此任务书应由指导教师填写。
2、此任务书必须在课程设计开始前下达给学生。
学生送交成果日期
学生签名
a.滤波器类型：hanning窗（低通、带通、高通）
b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数
7用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波；
8分析得到信号的频谱，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；
9回放语音信号。
二、设计提示
1．语音信号的采集