语音信号处理实验数字信号处理傅里叶变换DTFT

实验二实验二 语音信号处理语音信号处理 语音信号处理综合运用了数字信号处理的理论知识 对信号进行计算及频 谱分析 设计滤波器 并对含噪信号进行滤波 一 1 语音信号的采集 语音信号的采集 利用 Windows 下的录音机 录制一段话音 然 后在 Matlab 软件平台下 利用函数 wavread 对语音信号进行采样 播放语音信 号 并绘制原始语音信号 改变采样率为原来的 1 2 倍 1 4 倍 1 20 倍 1 50 倍 1 100 倍等 分别画出降采样 前后的信号波形和频谱图 分析采样前后信号的变化 程序 y wavread a wav y fs bits wavread a wav y1 wavread a wav 1000 y2 wavread a wav 500 1500 subplot 311 plot y title 读 a 的信号图 subplot 312 plot y1 title 读取前 1000 点的采样值放在向量 y 中 subplot 313 plot y2 title 读取从 500 点到 1500 点的采样值放在向量 y 中 y wavread a wav y fs bits wavread a wav y11 resample y 1 2 采样率变为原来的 1 2 倍 y12 fft y11 y21 resample y 1 20 y22 fft y21 subplot 211 plot y11 title 采样率变为原来的 1 2 subplot 212 plot abs y12 title 采样率变为原来的 1 2 subplot 211 plot y21 title 采样率变为原来的 1 20 subplot 212 plot abs 22 title 采样率变为原来的 1 20 的频谱 sound y 22050 16 sound y11 22050 16 二 重构原信号二 重构原信号 降采样后 信号的采样率和采样点数同时变化 如采样率变为原来的 1 2 即对原始 信号每隔一个点采样 如果要恢复原始信号 即信号长度和采样率须变为原来同样大小 所以 必须对降采样后信号进行插值重构 对采样后的真实语音信号进行插值重构 滤波 恢复原始信号 画出插值前后信号的 波形以及频谱图 并将重构后信号与原始信号进行比较 f 2 fs 22050 k 1 22050 x wavread a wav x fs bits wavread a wav n 2 y zeros 1 n length x subplot 211 plot x title 原始信号 y 1 n length y x subplot 212 plot y title 插值重构信号 差值信号的频谱 三 对原始信号加入噪声和频谱分析三 对原始信号加入噪声和频谱分析 对原始语音信号加入 s sin 2 pi f Ts n 的噪声 采样后可知 Fs 16000 选择 f 2500 播放加入噪声信号的语音 信号 并绘制噪声信号和含噪语音信号 function noise fs 16000 x fs bits wavread a wav X abs fftshift fft x subplot 321 plot x title t 0 length x 1 16000 f fs 0 1023 2048 c1 0 01 sin 2 pi 5000 t k 1 1024 x zeros 1 k length c1 x 1 k length x c1 yn x c1 Yn abs fftshift fft yn N 1 1000 subplot 322 plot N 2 N 2 1 length k fs X title 原始信号频谱 subplot 323 plot yn title 带噪声信号波形 subplot 324 plot N 2 N 2 1 length k fs Yn title 带噪声信号频谱 四四 设计滤波器设计滤波器 计算滤波器的性能指标 设计滤波器 绘制滤波器的特性曲线 设计一个 Buttordworth 高通数字滤波器 通带边界频率为 3000Hz 阻带边界频率为 2000Hz 通带波纹小于 1dB 阻带衰减大于 20dB 采样频率为 10000Hz 假设一个信号 其中 f1 100Hz f2 4000Hz 试将原信号与通过该滤波 12 sin20 5cos2x tf tf t 器的输出信号进行比较 function gaoba Fs 10000 采样频率 wp 3000 2 Fs ws 2000 2 Fs 根据采样频率将滤波器边界频率进行转换 Rp 1 Rs 20 通带波纹和阻带衰减 Nn 128 显示滤波器频率特性的数据长度 N Wn buttord wp ws Rp Rs 求得数字滤波器的最小阶数和截止频率 归一化频率 b a butter N Wn high 设计 Butterworth 高通数字滤波器 figure 1 H f freqz b a Nn Fs 用 Nn 点绘出频率特性 subplot 2 1 1 plot f 20 log10 abs H xlabel 频率 Hz ylabel 振幅 dB grid on subplot 2 1 2 plot f 180 pi unwrap angle H xlabel 频率 Hz ylabel 相位 o grid on n 0 127 dt 1 Fs t n dt 时间序列 f1 10 f2 400 输入信号频率 x sin 2 pi f1 t 0 5 cos 2 pi f2 t 输入信号 figure 2 subplot 2 1 1 plot t x title 输入信号 绘制输入信号 y filter b a x 对输入信号进行滤波 subplot 2 1 2 plot t y title 输出信号 绘制输出信号 xlabel 时间 s 程序输出结果如下图 可看出所设计滤波器在大于 3000Hz 为通带 其衰减均小于 1dB 在小于 2000Hz 为阻带 其衰减大于 20dB 完全符合设计要求 但相频特性是非线 性的 当滤波器输入 100Hz 和 4000Hz 两种信号后 滤波器滤除了 100Hz 的信号 使得 4000Hz 的信号通过滤波器 起到滤波的效果 五 滤波器滤波五 滤波器滤波 用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波 得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 并回放语音信号 感觉 滤波前后的声音有变化 程序 function lvbo Fs 10000 x fs bits wavread a wav sound x 50000 x1 fft x 1024 f fs 0 511 1024 wp 3000 2 Fs ws 2000 2 Fs Rp 1 Rs 20 Nn 128 N Wn buttord wp ws Rp Rs b a butter N Wn high H f freqz b a Nn Fs plot f fs 2 pi abs H freqz b a 512 fs x1 filter b a x X1 fft x 4096 figure 2 subplot 221 plot x title 原始信号波形 xlabel time n ylabel fuzhi n subplot 222 plot abs x1 1 512 title 原始信号F