基于matlab的语音信号的采集与处理说明书

洗手目录洗手第1章前言1洗手第2章语音信号分析处理的目的和要求2洗手21MATLAB软件功能简介2洗手22课程设计意义2洗手第3章语音信号的仿真原理3洗手第4章语音信号的具体实现4洗手41语音信号的采集4洗手42语音信号加噪与频谱分析5洗手43设计巴特沃斯低通滤波器6洗手44用滤波器对加噪语音滤波7洗手45比较滤波前后语音信号波形及频谱8洗手第5章总结9洗手参考文献10洗手附录11洗手洗手1洗手语音信号的采集与处理洗手洗手第1章前言洗手数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，吃饭以数值计算的方法对信号进行采集、BEEF抽样、BEEF变换、BEEF综合、BEEF估值与识别等加工处理，吃饭借以达到提取信息和便于应用的目的。洗手它在语音、BEEF雷达、BEEF图像、BEEF系统控制、BEEF通信、BEEF航空航天、BEEF生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。洗手具有灵活、BEEF精确、BEEF抗干扰强、BEEF度快等优点。洗手洗手数字滤波器,是数字信号处理中及其重要的一部分。洗手随着信息时代和数字技术的发展，吃饭受到人们越来越多的重视。洗手数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，吃饭所以数字滤波器处理精度高、BEEF稳定、BEEF体积小、BEEF重量轻、BEEF灵活不存在阻抗匹配问题，吃饭可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。洗手数字滤波器种类很多，吃饭根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，吃饭可分为两种，吃饭即有限冲激响应FIR，吃饭FINITEIMPULSERESPONSE滤波器和无限冲激响应IIR，吃饭INFINITEIMPULSERESPONSE滤波器。洗手洗手FIR滤波器结构上主要是非递归结构，吃饭没有输出到输入的反馈，吃饭系统函数HZ在处收敛，吃饭极点全部在Z0处（因果系统），吃饭因而只能用较高的阶数达到高的选择性。洗手FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低，吃饭但是线性相位，吃饭就是不同频率分量的信号经过FIR滤波器后他们的时间差不变，吃饭这是很好的性质。洗手FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，吃饭便于编程，吃饭用于计算的时延也小，吃饭这对实时的信号处理很重要。洗手FIR滤波器因具有系统稳定，吃饭易实现相位控制，吃饭允许设计多通带（或多阻带）滤波器等优点收到人们的青睐1。洗手洗手IIR滤波器采用递归型结构，吃饭即结构上带有反馈环路。洗手IIR滤波器运算结构通常由延时、BEEF乘以系数和相加等基本运算组成，吃饭可以组合成直接型、BEEF正准型、BEEF级联型、BEEF并联型四种结构形式，吃饭都具有反馈回路。洗手同时，吃饭IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，吃饭如巴特沃斯滤波器等。洗手洗手洗手洗手洗手洗手第2章语音信号分析处理的目的和要求洗手21MATLAB软件功能简介洗手MATLAB的名称源自MATRIXLABORATORY,1984年由美国MATHWORKS公司推向市场。洗手它是一种科学计算软件，吃饭专门以矩阵的形式处理数据。洗手MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，吃饭并提供了大量的内置函数，吃饭从而被广泛的应用于科学计算、BEEF控制系统和信息处理等领域的分析、BEEF仿真和设计工作。洗手洗手MATLAB软件包括五大通用功能，吃饭数值计算功能（NEMERIC）、BEEF符号运算功能（SYMBOLIC）、BEEF数据可视化功能（GRAPHIC）、BEEF数字图形文字统一处理功能（NOTEBOOK）和建模仿真可视化功能（SIMULINK）。洗手其中，吃饭符号运算功能的实现是通过请求MAPLE内核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。洗手该软件有三大特点，吃饭一是功能强大；BEEF二是界面友善、BEEF语言自然；BEEF三是开放性强。洗手目前，吃饭MATHWORKS公司已推出30多个应用工具箱。洗手MATLAB在线性代数、BEEF矩阵分析、BEEF数值及优化、BEEF数值统计和随机信号分析、BEEF电路与系统、BEEF系统动力学、BEEF次那好和图像处理、BEEF控制理论分析和系统设计、BEEF过程控制、BEEF建模和仿真、BEEF通信系统以及财政金语音信号的采集与处理2融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。洗手洗手MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。洗手由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，吃饭而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，吃饭能基本满足信号与系统课程的需求。洗手例如解微分方程、BEEF傅里叶正反变换、BEEF拉普拉斯正反变换和Z正反变换等。洗手MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，吃饭主要包括函数波形绘制、BEEF函数运算、BEEF冲击响应与阶跃响应仿真分析、BEEF信号的时域分析、BEEF信号的频谱分析、BEEF系统的S域分析和零极点图绘制等内容。洗手数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，吃饭并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础2。洗手洗手22课程设计意义洗手本次课程设计的课题为基于MATLAB的语音信号采集与处理，吃饭学会运用MATLAB的信号处理功能，吃饭采集语音信号，吃饭并对语音信号进行滤波及变换处理，吃饭观察其时域和频域特性，吃饭加深对信号处理理论的理解，吃饭并为今后熟。洗手洗手洗手洗手第3章语音信号的仿真原理洗手利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，吃饭采集语音信号后，吃饭利用MATLAB软件平台进行频谱分析；BEEF并对所采集的语音信号加入干扰噪声，吃饭对加入噪声的信号进行频谱分析，吃饭设计合适的滤波器滤除噪声，吃饭恢复原信号。洗手语音信号的“短时谱”对于非平稳信号,它是非周期的,频谱随时间连续变化,因此由傅里叶变换得到的频谱无法获知其在各个时刻的频谱特性。洗手如果利用加窗的方法从语音流中取出其中一个短断,再进行傅里叶变换,就可以得到该语音的短时谱。洗手洗手MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。洗手由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，吃饭而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，吃饭能基本满足信号与系统课程的需求。洗手例如解微分方程、BEEF傅里叶正反变换、BEEF拉普拉斯正反变换和Z正反变换等。洗手MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，吃饭主要包括函数波形绘制、BEEF函数运算、BEEF冲击响应与阶跃响应仿真分析、BEEF信号的时域分析、BEEF信号的频谱分析、BEEF系统的S域分析和零极点图绘制等内容。洗手数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，吃饭并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础3。洗手洗手滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。洗手随着MATLAB软件及信号处理工具箱的不断完善，吃饭MATLAB很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件。洗手它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、BEEF分析和仿真，吃饭极大地减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。洗手洗手利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，吃饭模仿语音信号被污染，吃饭并对其进行频谱分析；BEEF设计巴特沃斯滤波器，吃饭并对被噪声污染的语音信号进行滤波，吃饭对滤波前后信号进行时域分析。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手语音信号的采集与处理3洗手洗手洗手第4章语音信号的具体实现洗手41语音信号的采集洗手基于声卡进行数字信号的采集。洗手将话筒插入计算机的语音输入插口上,启动录音机。洗手按下录音按钮，吃饭对话筒说话,说完后停止录音。洗手要保存文件时,利用了计算机上的A/D转换器,把模拟的声音信号变成了离散的量化了的数字信号,放音时,它又通过D/A转换器,把保存的数字数据恢复为原来的模拟的声音信号。洗手在MATLAB软件平台下可以利用函数WAVREAD对语音信号进行采样,得到了声音数据变量X1,同时把X1的采样频率FS22050HZ和数据位NBITS16BIT放进了MATALB的工作空间。洗手图41为原始语音信号的时域图形。洗手洗手洗手图41原始语音信号洗手从图中可以看出在时域环境下,信号呈现出不规则的信号峰值。洗手洗手通过FREQZ函数绘制原始语音信号的频率响应图42。洗手洗手语音信号的采集与处理4洗手图42语音信号频率响应图洗手然后对语音信号进行频谱分析,在MATLAB中可以利用函数FFT对信号行快速傅里叶变换,得到信号的频谱图43，吃饭洗手洗手图43原始语音信号FFT与信号频谱洗手从图中可以看出对各个频点上的随机信号在频域进行抽样,抽样频率为22050HZ。洗手洗手42语音信号加噪与频谱分析洗手语音信号的采集与处理5洗手图44加噪后的信号时域图洗手在MATLAB中人为设计一个固定频率5500HZ的噪声干扰信号。洗手噪声信号通常为随机序列,在本设计中用正弦序列代替,干扰信号构建命令函数为DAUSIN2PI5500T,给出的干扰信号为一个正弦信号，吃饭针对上面的语音信号,采集了其中一段。洗手再对噪音信号进行频谱变换得到其频谱图,从图中可以看出干扰信号，吃饭在4000HZ和6000HZ频点处有一高峰,其中5500HZ正是本设计所要利用的。洗手洗手43设计巴特沃斯低通滤波器洗手洗手图45原始信号与加噪后信号频谱对比洗手由模拟滤波器变换为数字滤波器时,采用的是双线性变换法,它保留的是从模拟到数字域的系统函数表示。洗手在滤波器的选取时,由于设计方法的侧重点不同,作出比较是困难的。洗手如果FIR滤波器情况下,最优的设计将是椭圆滤波器。洗手用双线性变换法设计低通滤波器。洗手的语音信号的采集与处理6本设计是用双线性变换法设计BW带阻型滤波器。洗手在MATLAB中,可以利用函数BUTTERWORTH,设计FIR滤波器,利用MATLAB中的函数FREQZ画出各滤波器的频率响应。洗手用设计好的带阻滤波器对含噪语音信号进行滤波,在MATLAB用FIR滤波器利用函数FFTFILTER对信号进行滤波,FIR滤波器利用函数FILTER对信号进行滤波。洗手在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。洗手从图中可以看出,5500HZ看到的高峰消失了,语音信号与开始的一样,滤波器成功的滤除了干扰信号。洗手利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，吃饭采集语音信号后，吃饭利用MATLAB软件平台进行频谱分析；BEEF并对所采集的语音信号加入干扰噪声，吃饭对加入噪声的信号进行频谱分析，吃饭设计合适的滤波器滤除噪声，吃饭恢复原信号4。洗手洗手44用滤波器对加噪语音滤波洗手洗手图46低通滤波器频率响应曲线洗手给原始的语音信号加上一个高频余弦噪声，吃饭频率为5500HZ。洗手对加噪后的语音进行分析，吃饭并画出其信号时域和频谱图。洗手与原始信号对比，吃饭区别BEEF洗手先原始信号没加噪音之前0到2000有幅值，吃饭在4000到6000之间没有幅值，吃饭但是在加了噪音之后4000到6000之间出现最大幅值12，吃饭超出正常值。洗手洗手45比较滤波前后语音信号波形及频谱洗手语音信号的采集与处理7洗手图47滤波前后时域波形图洗手通过对比分析可知，吃饭滤波后的输出波形和原始语音加噪声信号的图形发生了一些变化，吃饭在30006000HZ之间的信号消失，吃饭出现01000和70008000之间的信号。洗手滤波后的输出波形明显在对应时间幅度比原语音加噪声信号的要小，吃饭而且滤波的效果也与滤波器的选择有关，吃饭可以看出滤波器的性能差异以及参数的调节会对滤波器产生一定的影响，吃饭并且通过回放可以发现滤波前后的声音有变化低通滤波后,已很接近原来的声音，吃饭人耳几乎辨别不出。洗手从频谱图中我们还可以看出声音的能量信号主要集中在低频部分，吃饭说明高频语音信号被滤出，吃饭滤波器达到既定要求。洗手信噪比为062。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手第5章总结洗手通过用巴特沃斯滤波器对原始信号进行滤波，吃饭对滤波前后的波形分析对比可知，吃饭总体可以恢复原始信号波形，吃饭效果很明显，吃饭稍有点误差，吃饭在以后的设计中需要改进。洗手滤波后的输出波形明显在对应时间幅度比原语音加噪声信号的要小，吃饭而且滤波的效果也与滤波器的选择有关，吃饭可以看出滤波器的性能差异以及参数的调节会对滤波器产生一定的影响，吃饭并且通过回放可以发现滤波前后的声音有变化低通滤波后,已很接近原来的声音，吃饭人耳几乎辨别不出。洗手洗手通过为期两周的MATLAB课程设计，吃饭我对MATLAB这个仿真软件有了更进一步的认识和了解。洗手在这两周时间里，吃饭我通过自己摸索，吃饭查阅资料，吃饭并且在指导老师朱老师的指导下完成了BEEF语音信号的采集及分析；BEEF给原始信号加上一个高频噪声；BEEF设计一个滤波器，吃饭滤除高频噪声；BEEF并最终将课程设计报告总结完毕。洗手洗手语音信号的采集与处理8在整个设计过程中我懂得了许多东西，吃饭也培养了独立思考和设计的能力，吃饭树立了对知识应用的信心，吃饭相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，吃饭并且提高了自己的动手实践操作能力，吃饭使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。洗手虽然这个设计做的不怎么好，吃饭但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，吃饭使我终身受益。洗手洗手在没有做课程设计以前，吃饭觉得课程设计只是对知识的单纯总结，吃饭但是通过这次课程设计发现自己的看法有点太片面，吃饭课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，吃饭也是对自己能力的一种提高，吃饭通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知识是非常欠缺的，吃饭要学习的东西还很多，吃饭通过这次课程设计，吃饭明白学习是一个长期积累的过程，吃饭在以后的工作和生活中都应该不断的学习，吃饭努力提高自己的知识和综合素质。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手参考文献洗手周利清，吃饭苏菲数字信号处理基础北京BEEF北京邮电大学出版社，吃饭2005洗手姚东MATLAB及在电子信息课程中的应用M第二版北京BEEF北京电子工业出版社,2000洗手高西全，吃饭丁玉美数字信号处理第3版北京BEEF西安电子科技大学出版社，吃饭2008洗手肖伟、BEEF刘忠MATLAB程序设计与应用M北京BEEF清华大学出版社2005洗手张智星MATLAB程序设计与应用北京BEEF清华大学出版社，吃饭2002洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手附录洗手语音信号的采集与处理9FS22050BEEF语音信号采样频率为22050洗手X1WAVREADHNNYYWAVBEEF洗手读取语音信号的数据，吃饭赋给变量X1，吃饭洗手SOUNDX1,22050BEEF播放语音信号洗手Y1FFTX1,1024BEEF对信号做1024点FFT变换洗手FFS0511/1024BEEF将0到511，吃饭步长为1的序列的值与FS相乘并除以1024的值，吃饭赋值给F洗手FIGURE1创建图形窗1洗手PLOTX1做原始语音信号的时域图形洗手TITLE原始语音信号BEEF洗手XLABELTIMENBEEFX轴的名字是“TIMEN”洗手YLABELFUZHINBEEFY轴的名字是“FUZHIN”洗手FIGURE2洗手FREQZX1绘制原始语音信号的频率响应图洗手TITLE频率响应图洗手FIGURE3洗手SUBPLOT2,1,1BEEF创建两行一列绘图区间的第1个绘图区间洗手PLOTABSY11512做原始语音信号的FFT频谱图洗手TITLE原始语音信号FFT频谱洗手SUBPLOT2,1,2BEEF洗手PLOTF,ABSY11512BEEFABS是绝对值，吃饭PLOT是直角坐标下线性刻度曲线洗手TITLE原始语音信号频谱洗手XLABELHZBEEF洗手YLABEL幅值BEEF洗手FS22050BEEF洗手X1WAVREADHNNYYWAVBEEF洗手读取语音信号的数据，吃饭赋给变量X1洗手FFS0511/1024BEEF将0到511，吃饭步长为1的序列的值与FS相乘并除以1024的值，吃饭赋值给F洗手T01/FSLENGTHX11/FSBEEF将0到X1的长度减1后的值除以FS的值，吃饭且步长为1/FS的值，吃饭的序列的值，吃饭赋予T洗手AU003BEEF噪声幅值洗手DAUSIN2PI5500TBEEF所加的噪声是正弦信号洗手X2X1DBEEF将正弦信号噪声加在语音信号上洗手SOUNDX2,22050BEEF播放语音信号洗手Y1FFTX1,1024BEEF对信号Y1做1024点FFT变换洗手Y2FFTX2,1024BEEF对信号Y2做1024点FFT变换洗手FIGURE4BEEF创建图形窗1洗手PLOTT,X2BEEF做加噪后的信号时域图形（绘出T对X2的线性图）洗手TITLE加噪后的信号BEEF洗手XLABELTIMENBEEFX轴的名字是“TIMEN”洗手YLABELFUZHINBEEFY轴的名字是“FUZHIN”洗手FIGURE5创建图形窗2洗手SUBPLOT2,1,1BEEF创建两行一列绘图区间的第1个绘图区间洗手PLOTF,ABSY11512BEEF做原始语音信号的频谱图洗手语音信号的采集与处理10TITLE原始语音信号频谱BEEF洗手XLABELHZBEEFX轴的名字是“TIMEN”洗手YLABELFUZHIBEEFY轴的名字是“FUZHI”洗手SUBPLOT2,1,2BEEF创建两行一列绘图区间的第2个绘图区间洗手PLOTF,ABSY21512BEEF做加噪后的语音信号的频谱图（ABS是绝对值，吃饭PLOT是直角坐标下线性刻度曲线）洗手TITLE加噪后的信号频谱BEEF洗手XLABELHZBEEFX