基于matlab的语音信号的时、频域分析设计

郑州轻工业学院MATLAB课程设计说明书PAGE2摘要用MATLAB对于语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。本次设计介绍了基于MATLAB的对语音信号的采集，处理及滤波器的设计，并使之实现的过程。关键词：MATLAB;语音信号；滤波器；加噪；除噪

目 录摘要 11设计原理 11.1理论原理 11.1.1 采样频率 11.1.2采样位数 11.1.3采样定理 11.1.4时域信号的FFT分析 21.1.5数字信号的滤波器原理和方法 21.1.6各种不同类型滤波器的性能比较 31.1.7离散傅立叶变换 32信号采集及读取 43构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析…...64数字滤波器设计 84.1用窗函数法设计IIR带通滤波器 84.2用窗函数法设计FIR低通滤波器 105信号处理 125.1IIR带通滤波 125.2FIR低通滤波 146心得体会 167参考文献： 16PAGE41设计原理1.1理论原理1.1.1 采样频率也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率只能用于周期性采样的采样器，对于非周期性采样的采样器没有规则限制。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。1.1.2采样位数即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，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。1.1.3采样定理在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。1.1.4时域信号的FFT分析信号的频谱分析就是计算信号的傅立叶变换。连续信号与系统的傅立叶分析显然不便于用计算机进行计算，使其应用受到限制。而FFT是一种时域和频域均离散化的变换，适合数值运算，成为用计算机分析离散信号和系统的有力工具。对连续信号和系统，可以通过时域采样，应用DFT进行近似谱分析。1.1.5数字信号的滤波器原理和方法IIR数字滤波器系统函数：H(z)=················（1.1）其中H(z)称为N阶IIR数字滤波器系统函数。IIR滤波器设计方法有间接和直接法，间接法是借助于模拟滤波器的设计方法进行的。其步骤是：先设计过度模拟滤波器得到系统函数Ha(s)，然后将Ha（s）按某种方法转换成数字滤波器的系统函数H(z)。利用有限脉冲响应(FIR)设计滤波器。有限脉冲响应滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。用N表示FIR滤波器单位脉冲响应h(n)的长度，其系统函数H（z）为··················（1.2）H（z）是z-1的N-1次多项式，它在z平面上有N-1个零点，在原点z=0处有一个N-1重极点。因此，H(z)永远稳定。稳定和线性相位是FIR滤波器最突出的优点。1.1.6各种不同类型滤波器的性能比较巴特沃斯滤波器具有单调下降的幅频特性；切比雪夫滤波器的幅频特性在通带或阻带有波纹特性，可以提高选择性；贝塞尔滤波器通带内有较好的线性相位特性；椭圆滤波器的选择性相对前三种是最好的，但通带和阻带内均呈现等波纹幅频特性，线性特性的非线性稍重。IIR数字滤波器最大的优点是给定一组指标时，它的阶数要比相同组的FIR滤波器低得多。IIR数字滤波器的设计方法是利用模拟滤波器成熟的理论及设计图进行的，因而保留了一些典型模拟滤波器优良的幅度特性。但设计中只考虑了幅度特性，没考虑相位特性，所设计的滤波器一般是某种确定的非线性相位特性。为了得到线性相位特性，对IIR滤波器必须另外增加相位校正网络。FIR滤波器在保证幅度特性满足技术要求的同时，很容易做到有严格的线性相位特性。稳定和线性相位是FIR滤波器最突出的优点。1.1.7离散傅立叶变换1.3其中,N为DFT变换的区间长度。2信号采集及读取 用录音工具录一段自己的声音，转化为wav格式的文件，然后保存到MATLAB的文件夹下的work文件夹中。在MATLAB软件平台下，利用wavread函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。Wavread函数调用格式：y=wavread(file),读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。[y,fs,nbits]=wavread(‘1.wav’)；把语音信号进行载MATLAB仿真软件平台中，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），nbits表示采样位数。sound（y,fs,nbits）；回放语音信号N=length(y)；求出语音信号的长度Y=fft(y,N)；傅立叶变换调用函数y为被变换的时域系列向量，N是DFT变换区间长度，当N大于y的长度时，fft函数自动在y后面补零，函数返回y的N点DFT变换结果向量Y。当N小于y的长度时，fft函数计算y的前面N个元素构成的N点DFT，忽略y后面的元素。首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。在MATLAB中利用fft对新号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性。subplot(2,1,1);plot(y);title(‘原始信号波形’);subplot(2,1,2);plot(abs(Y));title(‘原始信号频谱’)；程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('1.wav');sound(y,fs,nbits);N=length(y);Y=fft(y,N);subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');subplot(2,1,2);plot(abs(Y));title('原始信号频谱');xlabel('时间');ylabel('幅度');程序结果如下图：3构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析3构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('1.wav');N=length(y);%求出语音信号的长度noise=0.2*randn(N,1); %随机函数产生噪声Si=y+noise;%语音信号加入噪声sound(Si);subplot(2,1,1);plot(Si);title('加噪语音信号的时域波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');S=fft(Si);%傅里叶变换subplot(2,1,2);plot(abs(S));title('加噪语音信号的频域波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');程序结果如下图：4数字滤波器设计4.1用窗函数法设计IIR带通滤波器程序如下：wp=0.2*pi;ws=0.3*pi;%性能指标wdelta=ws-wp;%过渡带宽度M=ceil(3.32*pi/wdelta);%滤波器长度，朝正无穷方向舍入N=2*M+1;%窗口长度wc=(ws+wp)/2;%截止频率win=hamming(N);%因为衰减不小于50dB，所以选择海明窗，这里得到海明窗的时域响应b=fir1(N-1,wc/pi,win);n=0:1:N;[hit]=impz(b,1,n);%得到脉冲响应[hfw]=freqz(b,1,512);%得到频率响应subplot(3,1,1);stem(n,hi);xlabel('n');ylabel('幅度');title('脉冲响应');subplot(3,1,2);plot(w/pi,20*log10(abs(hf)));xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅度(dB)');title('频率响应');subplot(3,1,3);plot(w/pi,180/pi*unwrap(angle(hf)));xlabel('频率(Hz)');ylabel('相位(degrees)');title('频率响应');程序结果如下图：4.2用窗函数法设计FIR低通滤波器程序如下：Ft=8000; Fp=1000; Fs=1200;wp=2*Fp/Ft;ws=2*Fs/Ft;rp=1;rs=50;p=1-10.^(-rp/20);s=10.^(-rs/20);fpts=[wp,ws];mag=[1,0];dev=[p,s];[n21,wn21,beta,ftype]=kaiserord(fpts,mag,dev);b21=fir1(n21,wn21,kaiser(n21+1,beta));[h,w]=freqz(b21,1);plot(w/pi,abs(h));title('FIR低通滤波器');grid;其程序结果如下图：5信号处理用设计好的数字滤波器对含噪声的语音信号进行滤波，在MATLAB中FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波，在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱如下图。5.1IIR带通滤波程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('1.wav');N=length(y);Noise=0.2*randn(N,1);Si=y+Noise;%语音信号加入噪声nn=0:1:50;y=filter(b,1,Si);subplot(2,1,1);stem(Si);xlabel('n');ylabel('幅度');title('滤波前信号频谱');axis([050-22]);subplot(2,1,2);stem(out);xlabel('n');ylabel('幅度');title('滤波后信号频谱');axis([050-11]);sound(y);程序结果如下图：5.2FIR低通滤波程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('1.wav');N=length(y);noise=0.2*randn(N,1); Si=y+noise;S=fft(Si);z21=fftfilt(b21,Si);sound(z21);m21=fft(z21);subplot(2,2,1);plot(abs(S),'g');title('滤波前信号的频谱');xlabel('时间');ylabel('幅度');grid;subplot(2,2,2);plot(abs(m21),'r');title('滤波后信号频谱');xlabel('时间');ylabel('幅度');grid;subplot(2,2,3);plot(S);title('滤波前信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');grid;subplot(2,2,4);plot(z21);title('滤波后信号波形');xlabel('时间');ylabel('幅度');grid;程序结果如下图：6心得体会通过这次课程设计，我学到了很多东西。进一步加深了对MATLAB的了解。在设计的过程中我遇到了不少的问题，比如刚开始要处理的是WAV格式的语音信号，可是我发现不是所有的WAV文件都可以用WAVREAD函数读取，通过软件转化了才可以使用。在编写程序的时候遇到了很多错误，最后经过查找一些资料和自己的理解都一一纠正了。总的来说，通过这次的课程设计我对语音信号有的更多的认识，对数字信号处理的知识有了更多的理解，锻炼了我的理论与实际相结合的能力，并且熟练的应用MATLAB也加深了我对课程的理解。这次设计使我更深刻的了解MATLAB的使用方法，同时我相信，进一步加强对MATLAB的学习对我今后的学习将会起到很大的帮助。7参考文献：高西全，丁玉美编著。《数字信号处理》西安，西安电子科技大学出版社，2021郑君里等主编，《信号与系统》，北京，高等教育出版社。2021陈怀琛等编著，《MATLAB及在电子信息课中的应用》，北京，电子工业出版社，2021ganemploymenttribunalclaimEmploymenttribunalssortoutdisagreementsbetweenemployersandemployees.Youmayneedtomakeaclaimtoanemploymenttribunalif:youdon'tagreewiththedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyouyouremployerdismissesyouandyouthinkthatyouhavebeendismissedunfairly.Formoreinformationaboutdismissalandunfairdismissal,see

Dismissal.Youcanmakeaclaimtoanemploymenttribunal,evenifyouhaven't

appealed

againstthedisciplinaryactionyouremployerhastakenagainstyou.However,ifyouwinyourcase,thetribunalmayreduceanycompensationawardedtoyouasaresultofyourfailuretoappeal.Rememberthatinmostcasesyoumustmakeanapplicationtoanemploymenttribunalwithinthreemonthsofthedatewhentheeventyouarecomplainingabouthappened.Ifyourapplicationisreceivedafterthistimelimit,thetribunalwillnotusuallyacceptit.Ifyouareworriedabouthowthetimelimitsapplytoyou,takeadvicefromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Employmenttribunalsarelessformalthansomeothercourts,butitisstillalegalprocessandyouwillneedtogiveevidenceunderanoathoraffirmation.Mostpeoplefindmakingaclaimtoanemploymenttribunalchallenging.Ifyouarethinkingaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,youshouldgethelpstraightawayfromoneoftheorganisationslistedunder

Furtherhelp.Ifyouarebeingrepresentedbyasolicitoratthetribunal,theymayaskyoutosignanagreementwhereyoupaytheirfeeoutofyourcompensationifyouwinthecase.Thisisknownasa

damages-basedagreement.InEnglandandWales,yoursolicitorcan'tchargeyoumorethan35%ofyourcompensation

ifyouwinthecase.Ifyouarethinkingaboutsigningupfor

adamages-basedagreement,youshouldmakesureyou'reclearaboutthetermsoftheagreement.Itmightbebesttogetadvicefromanexperiencedadviser,forexample,ataCitizensAdviceBureau.

TofindyournearestCAB,includingthosethatgiveadvicebye-mail,clickon

nearestCAB.Formoreinformationaboutmakingaclaimtoanemploymenttribunal,see

Employmenttribunals.The(lackof)airupthereWatchmCaymanIslands-basedWebb,theheadofFifa'santi-racismtaskforce,isinLondonfortheFootballAssociation's150thanniversarycelebrationsandwillattendCity'sPremierLeaguematchatChelseaonSunday."IamgoingtobeatthematchtomorrowandIhaveaskedtomeetYayaToure,"hetoldBBCSport."Formeit'sabouthowhefeltandIwouldliketospeaktohimfirsttofindoutwhathisexperiencewas."Uefahas

openeddisciplinaryproceedingsagainstCSKA

forthe"racistbehaviouroftheirfans"during

City's2-1win.MichelPlatini,presidentofEuropeanfootball'sgoverningbody,hasalsoorderedanimmediateinvestigationintothereferee'sactions.CSKAsaidtheywere"surprisedanddisappointed"byToure'scomplaint.InastatementtheRussiansideadded:"WefoundnoracistinsultsfromfansofCSKA."Agehasreachedtheendofthebeginningofaword.Maybeguiltyinhisseemstopassingalotofdifferentlifebecametheappearanceofthesameday;Maybebackinthepast,tooneselftheparanoidweirdbeliefdisillusionment,thesedays,mymindhasbeenverymessy,inmymindconstantly.Alwaysfeeloneselfshouldgotodosomething,orwritesomething.Twentyyearsoflifetrajectorydeeplyshallow,suddenlyfeelsomething,doit.一字开头的年龄已经到了尾声。或许是愧疚于自己似乎把转瞬即逝的很多个不同的日子过成了同一天的样子；或许是追溯过去，对自己那些近乎偏执的怪异信念的醒悟，这些天以来，思绪一直很凌乱，在脑海中不断纠缠。总觉得自己自己似乎应该去做点什么，或者写点什么。二十年的人生轨迹深深浅浅，突然就感觉到有些事情，非做不可了。Theendofourlife,andcanmeetmanythingsreallydo?而穷尽我们的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可？Duringmychildhood,thinkluckymoneyandnewclothesarenecessaryforNewYear,butastheadvanceoftheage,willbemoreandmorefoundthatthosethingsareoptional;Juniorhighschool,thoughttohaveacrushonjustmeansthattherealgrowth,butoverthepastthreeyearslater,hiswritingofalumniinpeace,suddenlyfoundthatisn'treallygrowup,itseemsisnotsoimportant;Theninhighschool,thinkdon'twanttogiveventtooutyourinnervoicecanbeinthehighschoolchildrenofthefeelingsinaperiod,butwaseventuallyinfarctionwhengraduationpartyinthethroat,lateragainstoodonthepitchhehassweatprofusely,lookedathisthrownabasketballhoops,suddenlyfoundhimselfhasalreadycan'trememberhisappearance.童年时，觉得压岁钱和新衣服是过年必备，但是随着年龄的推进，会越来越发现，那些东西根本就可有可无；初中时，以为要有一场暗恋才意味着真正的成长，但三年过去后，自己心平气和的写同学录的时候，突然就发现是不是真正的成长了，好像并没有那么重要了；然后到了高中，觉得非要吐露出自己的心声才能为高中生涯里的懵懂情愫划上一个句点，但毕业晚会的时候最终还是被梗塞在了咽喉，后来再次站在他曾经挥汗如雨的球场，看着他投过篮球的球框时，突然间发现自己已经想不起他的容颜。Originally,thisworld,canproduceachemicalreactiontoanevent,inadditiontoresolutely,havetodo,andtime.原来，这个世界上，对某个事件能产生化学反应的，除了非做不可的坚决，还有，时间。Aperson'stime,yourideasarealwaysspecialtoclear.Want,want,lineisclear,asifnothingcouldshakehis.Alsoonceseemedtobedeterminedtodosomething,butmoreoftenishebackedoutatlast.Dislikehiscowardice,finallyfoundthattherearealotoflove,therearealotofmiss,likeshadowreallyhavebeendoomed.Thosewhodo,justgreenyearsoneselfgiveoneselfanarminjection,orisaself-righteousspiritual.一个人的时候，自己的想法总是特别地清晰。想要的，不想要的，界限明确，好像没有什么可以撼动自己。也曾经好像已经下定了决心去做某件事，但更多的时候是最后又打起了退堂鼓。嫌恶过自己的怯懦，最终却发现有很多缘分，有很多错过，好像冥冥之中真的已经注定。那些曾经所谓的非做不可，只是青葱年华里自己给自己注射的一支强心剂，或者说，是自以为是的精神寄托罢了。Atthemoment,theskyisdark,theairisfreshfactorafterjustrained.Suddenlythoughtofblueplaidshirt;Thosewerebrokenintovariousshapesofstationery;Fromthecorneratthebeginningofdeepfriendship;Havedeclaredtheendoftheencounterthathaven'tstartplanning...Thoseyears,thosedaysofdo,finally,likeyouth,willendinourlife.此刻，天空是阴暗的，空气里有着刚下过雨之后的清新因子。突然想到那件蓝格子衬衫；那些被折成各种各样形状的信纸；那段从街角深巷伊始的友谊；还有那场还没有开始就宣告了终结的邂逅计划……那些年那些天的非做不可，终于和青春一样，都将在我们的人生中谢幕。Baumgartnerthedisappointingnews:Missionaborted.rplaysanimportantroleinthismission.Startingattheground,conditionshavetobeverycalm--windslessthan2mph,withnoprecipitationorhumidityandlimitedcloudcover.Theballoon,withcapsuleattached,willmovethroughthelowerleveloftheatmosphere(thetroposphere)whereourday-to-dayweatherlives.ItwillclimbhigherthanthetipofMountEverest(5.5miles/8.85kilometers),driftingevenhigherthanthecruisingaltitudeofcommercialairliners(5.6miles/9.17kilometers)andintothestratosphere.Ashecrossestheboundarylayer(calledthetropopause),ecanexpectalotofturbulence.ThesupersonicdescentcouldhappenasearlyasSunda.TheweatheTheballoonwillslowlydrifttotheedgeofspaceat120,000feet(Then,Iwouldassume,hewillslowlystepoutontosomethingresemblinganOlympicdivingplatform.Below,theEarthbecomestheconcretebottomofaswimmingpoolthathewantstolandon,butnottoohard.Still,he'llbetravelingfast,sodespitethedistance,itwillnotbelikedivingintothedeependofapool.Itwillbelikeheisdivingintotheshallowend.SkydiverprepsforthebigjumpWhenhejumps,heisexpectedtoreachthespeedofsound--690mph(1,110kph)--inlessthan40seconds.Likehittingthetopofthewater,hewillbegintoslowasheapproachesthemoredenseairclosertoEarth.Butthiswillnotbeenoughtostophimcompletely.Ifhegoestoofastorspinsoutofcontrol,hehasastabilizationparachutethatcanbedeployedtoslowhimdown.Histeamhopesit'snotneeded.Instead,heplanstodeployhis270-square-foot(25-square-meter)mainchuteatanaltitudeofaround5,000feet(1,524meters).Inordertodeploythischutesuccessfully,hewillhavetoslowto172mph(277kph).Hewillhaveareserveparachutethatwillopenautomaticallyifhelosesconsciousnessatmachspeeds.Evenifeverythinggoesasplanned,itwon't.Baumgartnerstillwillfreefallataspeedthatwouldcauseyouandmetopassout,andnoparachuteisguaranteedtoworkhigherthan25,000feet(7,620meters).causethere

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的