基于MATLAB对语音信号进行分析和处理说明书

山东建筑大学信电学院课程设计说明书1目录洗手一、BEEF摘要2洗手二、BEEF正文3洗手1设计目的和要求3洗手2设计原理3洗手1采样定理3洗手2采样频率3洗手3采样位数与采样频率3洗手3设计内容4洗手（1）程序源代码BEEF4洗手（2）调试分析过程描述6洗手（3）数据、BEEF结果和分析7洗手三、BEEF总结与致谢10洗手四、BEEF参考文献11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一、BEEF摘要洗手本次课程设计要求利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，吃饭要求学生采集语音信号后，吃饭在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。洗手洗手语音信号处理是语音学与数字信号处理技术相结合的交叉学科，吃饭课题在这里不讨论语音学，吃饭而是将语音当做一种特殊的信号，吃饭即一种“复杂向量”来看待。洗手也就是说，吃饭课题更多的还是体现了数字信号处理技术。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书2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洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手二、BEEF正文洗手1设计目的和要求洗手基本要求BEEF本次课程设计要求利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，吃饭要求学生采集语音信号后，吃饭在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。洗手洗手待处理语音信号是一个在20HZ20KHZ频段的低频信号。洗手洗手2设计原理洗手1采样定理洗手在进行模拟/数字信号的转换过程中，吃饭当采样频率FSMAX大于信号中，吃饭最高频率FMAX的2倍时，吃饭即BEEFFSMAX2FMAX,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，吃饭一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的510倍；BEEF采样定理又称奈奎斯特定理。洗手洗手1924年奈奎斯特NYQUIST就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书3理想低通信道的最高大码元传输速率2WLOG2N其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度洗手2采样频率洗手采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，吃饭是描述声音文件的音质、BEEF音调，吃饭衡量声卡、BEEF声音文件的质量标准。洗手采样频率越高，吃饭即采样的间隔时间越短，吃饭则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，吃饭对声音波形的表示也越精确。洗手采样频率与声音频率之间有一定的关系，吃饭根据奎斯特理论，吃饭只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，吃饭才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。洗手这就是说采样频率是衡量声卡采集、BEEF记录和还原声音文件的质量标准。洗手洗手3采样位数与采样频率洗手采样位数即采样值或取样值，吃饭用来衡量声音波动变化的参数，吃饭是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。洗手采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，吃饭采样频率越高声音的还原就越真实越自然。洗手洗手采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，吃饭也是选择音频接口的两个重要标准。洗手无论采样频率如何，吃饭理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。洗手每增加一个采样位数相当于力度范围增加了6DB。洗手采样位数越多则捕捉到的信号越精确。洗手对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机，吃饭441KHZ意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其拍照达441000次。洗手显然采样率越高，吃饭计算机摄取的图片越多，吃饭对于原始音频的还原也越加精确。洗手洗手3设计内容洗手（1）程序源代码BEEF洗手读取语音信号洗手FS22050BEEF语音信号采样频率为22050洗手X1WAVREADD课程设计SHUZIWAVBEEF读取语音信号的数据，吃饭赋给变量X1洗手SOUNDX1,22050BEEF播放语音信号洗手Y1FFTX1,4096BEEF对信号做4096点FFT变换洗手FIGURE1洗手SUBPLOT321BEEF洗手PLOTX1BEEF洗手TITLE原始信号波形BEEF洗手XLABELTIMENBEEF洗手YLABELFUZHINBEEF洗手SUBPLOT322BEEF洗手PLOTY1BEEF洗手TITLE原始信号频谱BEEF洗手XLABELHZBEEF洗手YLABELFUZHIBEEF洗手PAUSE5BEEF延时洗手加入噪声洗手NLENGTHX1BEEF洗手Y003RANDNN,1BEEF洗手YREALFFTY,4096BEEF洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书4YYX1BEEF洗手YYY1BEEF洗手SOUNDY,22050BEEF洗手FIGURE2洗手SUBPLOT323BEEF洗手PLOTYBEEF洗手TITLE加噪后信号波形BEEF洗手XLABELTIMENBEEF洗手YLABELFUZHINBEEF洗手SUBPLOT324BEEF洗手PLOTYBEEF洗手TITLE加噪后信号频谱BEEF洗手XLABELHZBEEF洗手YLABELFUZHIBEEF洗手PAUSE5BEEF延时洗手滤波器设计洗手WP025PIBEEF洗手WS03PIBEEF洗手RP1BEEF洗手RS15BEEF洗手FS22050BEEF洗手TS1/FSBEEF洗手WP12/TSTANWP/2BEEF将模拟指标转换成数字指标洗手WS12/TSTANWS/2BEEF洗手N,WNBUTTORDWP1,WS1,RP,RS,SBEEF选择滤波器的最小阶数洗手Z,P,KBUTTAPNBEEF创建BUTTERWORTH模拟滤波器洗手BAP,AAPZP2TFZ,P,KBEEF洗手B,ALP2LPBAP,AAP,WNBEEF洗手BZ,AZBILINEARB,A,FSBEEF用双线性变换法实现模拟滤波器到数字滤波器的转换洗手H,WFREQZBZ,AZBEEF绘制频率响应曲线洗手FIGURE3洗手PLOTWFS/2PI,ABSH洗手GRID洗手XLABEL频率HZ洗手YLABEL频率响应幅度洗手TITLEBUTTERWORTH洗手F1FILTERBZ,AZ,YBEEF洗手FIGURE4洗手SUBPLOT211洗手PLOTY画出滤波前的时域图洗手TITLE滤波前的时域波形BEEF洗手SUBPLOT212洗手PLOTF1BEEF画出滤波后的时域图洗手TITLE滤波后的时域波形BEEF洗手SOUNDF1,22050BEEF播放滤波后的信号洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书5F0FFTF1,4096BEEF洗手FFS0511/4096BEEF洗手FIGURE5洗手SUBPLOT211BEEF洗手PLOTYBEEF洗手TITLE加噪后滤波前信号频谱BEEF洗手XLABELHZBEEF洗手YLABELFUZHIBEEF洗手SUBPLOT212洗手F1PLOTF0BEEF画出滤波后的频谱图洗手TITLE滤波后的频谱洗手XLABELHZBEEF洗手YLABELFUZHIBEEF洗手（2）调试分析过程描述洗手I语音信号的分析及处理方法洗手A语音的录入与打开洗手在MATLAB中，吃饭Y,FS,BITSWAVREADBLIP,N1N2BEEF用于读取语音，吃饭采样值放在向量Y中，吃饭FS表示采样频率HZ，吃饭BITS表示采样位数。洗手N1N2表示读取从N1点到N2点的值（若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值）。洗手洗手SOUNDX,FS,BITSBEEF用于对声音的回放。洗手向量Y则就代表了一个信号（也即一个复杂的“函数表达式”）也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。洗手洗手B时域信号的FFT分析洗手FFT即为快速傅氏变换，吃饭是离散傅氏变换的快速算法，吃饭它是根据离散傅氏变换的奇、BEEF偶、BEEF虚、BEEF实等特性，吃饭对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。洗手洗手在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。洗手函数FFT用于序列快速傅立叶变换，吃饭其调用格式为YFFTX，吃饭其中，吃饭X是序列，吃饭Y是序列的FFT，吃饭X可以为一向量或矩阵，吃饭若X为一向量，吃饭Y是X的FFT且和X相同长度；BEEF若X为一矩阵，吃饭则Y是对矩阵的每一列向量进行FFT。洗手如果X长度是2的幂次方，吃饭函数FFT执行高速基2FFT算法，吃饭否则FFT执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，吃饭计算速度较慢。洗手函数FFT的另一种调用格式为YFFTX,N，吃饭式中，吃饭X，吃饭Y意义同前，吃饭N为正整数。洗手函数执行N点的FFT，吃饭若X为向量且长度小于N，吃饭则函数将X补零至长度N；BEEF若向量X的长度大于N，吃饭则函数截短X使之长度为N；BEEF若X为矩阵，吃饭按相同方法对X进行处理。洗手洗手II数字滤波器设计原理洗手数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，吃饭与模拟滤波相比，吃饭它具有精度和稳定性高、BEEF系统函数容易改变、BEEF灵活性强、BEEF便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。洗手在信号的过滤、BEEF检测和参数的估计等方面，吃饭经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。洗手洗手数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形或频谱进行加工处理，吃饭或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。洗手洗手数字滤波器的设计步骤洗手不论是IIR滤波器还是FIR滤波器的设计都包括三个步骤BEEF洗手A按照实际任务的要求，吃饭确定滤波器的性能指标。洗手洗手B用一个因果、BEEF稳定的离散线性时不变系统的系统函数去逼近这一性能指标。洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书6根据不同的要求可以用IIR系统函数，吃饭也可以用FIR系统函数去逼近。洗手洗手C利用有限精度算法实现系统函数，吃饭包括结构选择、BEEF字长选择等。洗手洗手IIIIIR滤波器与FIR滤波器的性能比较洗手FIRFINITEIMPULSERESPONSE，吃饭有限冲击响应洗手IIRINFINITEIMPULSERESPONSE，吃饭无限冲击响应洗手从性能上来说，吃饭IIR滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方，吃饭因此可用较低的阶数获得高的选择性，吃饭所用的存贮单元少，吃饭所以经济而效率高。洗手但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。洗手选择性越好，吃饭则相位非线性越严重。洗手相反，吃饭FIR滤波器却可以得到严格的线性相位，吃饭然而由于FIR滤波器传输函数的极点固定在原点，吃饭所以只能用较高的阶数达到高的选择性；BEEF对于同样的滤波器设计指标，吃饭FIR滤波器所要求的阶数可以比IIR滤波器高510倍，吃饭结果，吃饭成本较高，吃饭信号延时也较大；BEEF如果按相同的选择性和相同的线性要求来说，吃饭则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位较正，吃饭同样要大增加滤波器的节数和复杂性。洗手洗手整体来看，吃饭IIR滤波器达到同样效果阶数少，吃饭延迟小，吃饭但是有稳定性问题，吃饭非线性相位；BEEFFIR滤波器没有稳定性问题，吃饭线性相位，吃饭但阶数多，吃饭延迟大。洗手洗手（3）数据、BEEF结果和分析洗手A数据和结果洗手洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书8洗手洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书9洗手洗手B结果分析洗手本设计圆满的完成了对语音信号的读取与打开，吃饭与课题的要求十分相符；BEEF洗手本设计也较好的完成了对语音信号的频谱分析，吃饭通过FFT变换，吃饭得出了语音信号的频谱图；BEEF洗手在滤波这一块，吃饭课题主要是从巴特沃斯滤波器入手来设计滤波器，吃饭也从一方面基本实现了滤波。洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手洗手山东建筑大学信电学院课程设计说明书10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三、BEEF总结与致谢洗手语音信号处理是语音学与数字信号处理技术相结合的交叉学科，吃饭课题在这里不讨论语音学，吃饭而是将语音当做一种特殊的信号，吃饭即一种“复杂向量”来看待。洗手也就是说，吃饭课题更多的还是体现了数字信号处理技术。洗手洗手从课题的中心来看，吃饭课题是希望将数字信号处理技术应用于某一实际领域，吃饭这里就是指对语音的处理。洗手作为存储于计算机中的语音信号，吃饭其本身就是离散化了的向量，吃饭我们只需将这些离散的量提取出来，吃饭就可以对其进行处理了。洗手洗手在这里，吃饭用到了处理数字信号的强有力工具MATLAB，吃饭通过MATLAB里几个命令函数的调用，吃饭很轻易的在实际化语音与数字信号的理论之间搭了一座桥。洗手洗手但由于知识能力有限，吃饭当中也存在相当的不足，吃饭特别体现在滤波与界面设计这一块。洗手当然，吃饭这些问题与不足在今后的进一步学习中，吃饭我会一步一步的去进行解决。洗手洗手最后，吃饭特别要感谢张君捧老师一学期以来细心详解的教学和帮助，吃饭让我在数字信号处理这们课的学习上收获颇丰。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山东建筑大学信电学院课程设计说明书1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四、BEEF参考文献洗手1高西全、BEEF丁玉美编著数字信号处理西安西安电子科技大学出版社，吃饭2008洗手2丁玉美、BEEF高西全编著数字信号处理学习指导西安BEEF西安电子科技大学出版社，吃饭2001洗手3郑君里等编信号与系统北京高等教育出版社，吃饭2000洗手4刘树棠译数字信号处理使用MATLAB西安西安交通大学出