基于matlab的语音信号滤波处理课程设计报告

信息工程学院

2014/ 2015学年第一学期

课程设计报告

课程名称：基于MATLAB的语音信号滤波处理班级学号统本通信

学生姓名 XXX XXX 指导教师 XXX

任务书

基于matlab的语音信号滤波处理

摘要：本课程设计的主要目的是在MATLAB环境下，使用窗口设计法设计一个滤波器，并对语音信号进行滤波去噪。开发平台为MATLAB，设计方法为窗口设计法。用麦克风采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，给定相应技术指标，用凯塞窗设计一个满足指标的FIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后的波形和频谱并进行分析。在滤波前后语音信号波形的变化中，由于我们录制的语音信号噪声不大，所以观察并不明显，但在频域波形中，我们可以明显的看到设计的滤波器对语音信号进行了滤波处理，将噪声进行了滤除。此次滤波基本达到了要求，完成了设计指标。

关键词：滤波去噪；FIR滤波器；凯塞窗；MATLAB

目录

1 课程设计研究内容 (1)

1.1课程设计研究内容 (1)

1.2课程设计步骤及流程图 (1)

1.3课程设计要求 (3)

2 设计原理 (3)

2.1 MATLAB简介 (3)

2.2 滤波器 (3)

3 设计与实现过程 (3)

3.1实现方法 (3)

3.1.1 FIR滤波器 (3)

3.1.2窗口设计法 (4)

3.1.3凯塞窗 (4)

3.2 设计过程 (4)

3.2.1录制语音信号 (5)

3.2.2 对原信号加入噪声 (5)

3.2.2 滤波器的设计 (7)

3.2.2信号的滤波处理 (9)

3.3 仿真结果与分析 (10)

4 调试问题与解决方案 (10)

5总结与展望 (11)

致谢 (11)

参考文献 (12)

附录 (13)

附录1. 滤波器脉冲响应源程序 (13)

附录2. 理想低通滤波器计算源程序 (14)

1 课程设计研究内容

1.1课程设计研究内容

1.语音信号的采集

在Windows下录制一段格式为.wav的语音，利用函数wavread对语音信号进行采样。

2.语音信号的频谱分析

用MATLAB程序对原始语音信号进行采样、频谱分析，并绘制出采样后语言信号时域波形图和频谱图，并针对此图分析语音信号特点。

3.语音信号加噪与频谱分析

利用MATLAB程序产生信号噪声，并加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其频谱分析，与原始语音信号进行对比，分析差异。

4.设计数字滤波器

根据语音信号的特点，设计数字滤波器，对加噪后的语音信号进行滤波处理。

5.验证滤波器的滤波效果

对滤波后的语音信号进行时域、频域分析，并将滤波前后的时域波形、频谱波形进行相比较，分析信号的变化，从而验证所设计滤波器的滤波效果是否达到了滤除高频噪音、保留低频原始语音信号的目的。

6.回放语音信号

利用函数sound对滤波后语音信号进行回放。

1.2课程设计步骤及流程图

设计本课题的流程为：采集一段语音信号。将语音信号的文件名命名为input18.wav，再用MATLAB中的wavread函数求出语音信号的三个参数，分别为：每个样本的值，生成该语音波形文件时的采样频率，波形文件样本的码数，再对信号及加入单频干扰后的语音信号做傅立叶变化，绘制出时域和频域的波形。最后通过滤波绘制滤波前后时域波形对比图和幅频特性对比图，并回放滤波前后的语音信号来验证是否达到去噪的目的。课程的设计流程图如图1-1所示：

图1-1设计流程图

1.3课程设计要求

1.利用课余时间去图书馆或上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及设计要求，注意材料收集与整理；

2.以分组的形式完成，每组二至三人；

3.每组的设计成果通过验收后，以答辩、设计报告两种形式呈现；

4.在答辩环节中，需以PPT形式展示；

5.每组录制的语音信号不得相同；

2 设计原理

2.1 MATLAB简介

MATLAB是一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种精确计算和数据处理的，可视化的，强大的计算工具。它具有丰富的函数资源和工具箱资源，语言精练，代码灵活，面向对象，控制功能优良，图形工能也强大。并且它的兼容性很好，几乎能在所有的PC机和大型计算机上运行，适用于Windows，UNIX和多种系统平台。MATLAB形形色色的工具箱中包括控制系统，信号处理，小波分析，统计，优化等，能够很好的运用于语音信号的滤波去噪。

2.2 滤波器

数字滤波器在数字信号处理的各种应用中发挥着十分重要的作用。它是通过对采样数据信号进行数学运算处理来达到滤波的目的。FIR数字滤波器设计的方法有三类，一类是窗口设计法（时间窗口法），第二类是频率采样法，第三类是等波纹优化设计。时间窗口设计法是从单位脉冲响应序列着手，使h(n)逼近理想的单位脉冲响应序列hd(n)；频率采样法是使所设计的FIR数字滤波器的频率特性某些离散频率点上的值准确地等于所需滤波器在这些频率点处的值，在其它频率处的特性则有较好的逼近。等波纹优化设计也叫最佳一致逼近准则，最佳一致逼近即选择N个频率采样值（或时域h(n) 值），在给定频带范围内使频响的最大逼近误差达到最小。可保证局部频率点的性能也是最优的，误差分布均匀，相同指标下，可用最少的阶数达到最佳化。本次课程设计采用的就是窗口设计法。

3 设计与实现过程

3.1实现方法

3.1.1 FIR滤波器