基于Matlab的语音信号分析与处理(DOC)

基于Matlab的语音信号分析与处理

[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的学科，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。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形式。

滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。MATLAB功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。课题基于MATLAB 有噪音语音信号处理与设计与实现，本人综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声清浊语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，用MATLAB平台对语音信号加入了不同的噪声，进一步用双线性变换法设计了一个的巴特沃思低通IIR滤波器和用窗函数法设计了FIR低通滤波器，然后对加噪的语音信号进行滤波处理。最后对比滤波前后的语音信号的时域和频域特性。

[关键词]清浊语音信号采集；傅里叶变换；滤波器设计；信号处理

目录

引言............................................. - 1 -1基本原理....................................... - 1 -

1.1语音信号概述................................... - 1 -

1.2数字滤波器原理................................. - 1 -2总体设计思想................................... - 2 -

2.1 语音信号的采集................................ - 2 -

2.2 语音信号处理工具的选择........................ - 2 -

2.3 数字滤波器的设计.............................. - 2 -3语音信号分析和滤波处理 ......................... - 4 -

3.1 语音信号的采集................................ - 4 -

3.2 语音信号的频谱分析............................ - 4 -

3.3语言信号处理................................... - 6 -4滤波器的设计[4]................................. - 10 -

4.1巴特沃斯低通滤波器............................ - 10 -

4.2频率响应S域到Z域的变换：.................... - 13 -

4.3设计数字带通滤波器............................ - 16 -

4.4窗函数法的FIR滤器波.......................... - 20 -5结果及分析.................................... - 23 -6总结.......................................... - 23 -参考文献........................................ - 24 -附录原程序.................................... - 25 -

引言

语言是我们人类所特有的功能，它是传承和记载人类几千年文明史，没有语言就没有我们今天人类的文明。语音是语言最基本的表现形式，是相互传递信息最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展；它是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科，因此我们进行语言信号处理具有时代的意义。

本设计先完成语音信号的采集，然后设计低通，高通，带通等滤波器对采集到的语音信号进行滤波处理，分析语音信号各频率段的特性。并对所采集的语音信号加入不同的干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，针对受干扰语音信号的特点设计不同的滤波器，对加噪信号进行滤波，恢复原信号。把原始语音信号、加噪语音信号和滤波后的信号进行时域变换和频域变换，画出它们的时域波形和频域波形图，从视觉角度比较分析滤波的效果。也可将这3类信号进行播放从听觉角度感受滤波的效果。

1基本原理

1.1语音信号概述

语言是人类创造的，是人类区别于其他地球生命的本质特征之一。人类用语言交流的过程可以看成是一个复杂的通信过程，为了获取便于分析和处理的语音信源，必须将在空气中传播的声波转变为包含语音信息并且记载着声波物理性质的模拟（或数字）电信号，即语音信号，因此语音信号就成为语音的表现形式或载体。

语音学和数字信号处理的交叉结合便形成了语音信号处理。语音信号处理是建立在语音学和数字信号处理基础之上的，对语音信号模型进行分析、存储、传输、识别和合成等方面的一门综合性学科。

1.2数字滤波器原理

数字滤波器的概念:

若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应h(n)也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器（DF）。数字滤波器实质上是一种运算过程——用来描述离散系统输入与输出关系的差分方程的计算或卷积计算。数字滤波器的实质是用一有限精度算法实现的离散时间线性时不变系统，以完成对信号进行滤波处理的过程。它是数字信号处理的一个重要分支，具有稳定性好、精度高、灵活性强、体积小、质量轻等诸多优点。数字滤波器的分类:

数字滤波器根据不同的分类标准可以将滤波器分成不同的类别。

（1）根据单位冲激响应h(n)的时间特性分类

无限冲激响应（IIR）数字滤波器