语音信号的处理与滤波

广西工学院

数字信号处理课程设计设计题目：语音信号的处理与滤波

系别：

学号：

姓名：

班级：

指导教师：

完成日期：

目录

1. 摘要 (3)

2.MATLAB简介 (3)

3.设计目的 (4)

4.设计内容 (4)

5.设计原理 (4)

6.设计步骤 (5)

7.总结与分析 (10)

8.参考资料 (10)

摘要

本课题分析了数字信号处理课程的重要性及特点，可以帮助理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法；并利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，要求采集语音信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析。用设计的数字滤波器对语音信号进行了滤波

MATLAB简介

MATLAB 是一种对技术计算高性能的语言。它集成了计算，可视化和编程于一个易用的环境中，在此环境下，问题和解答都表达为我们熟悉的数学符号。典型的应用有：

•数学和计算

•算法开发

•建模，模拟和原形化

•数据分析，探索和可视化

•科学与工程制图

•应用开发，包括图形用户界面的建立

MATLAB是一个交互式的系统，其基本数据元素是无须定义维数的数组。这让你能解决很多技术计算的问题，尤其是那些要用到矩阵和向量表达式的问题。而要花的时间则只是用一种标量非交互语言(例如C或Fortran)写一个程序的时间的一小部分。 .

名称“MATLAB”代表matrix laboratory（矩阵实验室）。MATLAB最初是编写来提供给对由LINPACK和EINPACK工程开发的矩阵软件简易访问的。今天，MATLA B使用由LAPACK和ARPACK工程开发的软件，这些工程共同表现了矩阵计算的软件中的技术发展。

MATLAB已经与许多用户输入一同发展了多年。在大学环境中，它是很多数学类、工程和科学类的初等和高等课程的标准指导工具。在工业上，MATLAB是高产研究、开发和分析所选择的工具。

MATLAB以一系列称为工具箱的应用指定解答为特征。对多数用户十分重要的是，工具箱使你能学习和应用专门的技术。工具箱是是MATLAB函数（M-文件）的全面的综合，这些文件把MATLAB的环境扩展到解决特殊类型问题上。具有可用工具箱的领域有：信号处理，控制系统神经网络，模糊逻辑，小波分析，模拟等等。

设计目的

综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导

得出相应结论，并利用MATLAB 作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理

论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处

理。

设计内容

1．熟悉并掌握MATLAB 中有关声音（wave ）录制、播放、存储和读取的函数。

2．在MATLAB 环境中，使用声音相关函数录制3秒左右自己的声音，抽样率

是8000Hz/s 。（考虑如何解决一个实际问题：录制刚开始时，常会出现实际发出

声音落后录制动作半拍的现象，如何排除对这些无效点的采样？）

3．分别取8000个和16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较

二者异同并分析原因。

4．针对电话信道（最高3500Hz ），设计一个FIR 或IIR 滤波器进行滤波，

把抽样率转变为7000Hz/s ，并进行频谱分析，得到幅度和相位谱。

5．把处理后的所有数据储存为声音文件，与原始声音进行比较。

设计原理

1.语音信号的采集：在MATLAB 中有关声音的函数有：声音录制函数wavrecord()，

文件保存wavwrite()，文件读取wavread()，语音回放sound()，语音播放

wavplay()，录制的文件以 .wav 作为文件扩展名的文件。

2. 设计IIR 数字滤波器 ，其主要步骤有：（1）把给出的数字滤波器的性能指

标{ k Ω}由Wk ＝（2/T ）*tan(k w ),转换为模拟滤波器的频率指标{k Ω}。（2）

根据转后的性能指标，通过滤波器阶数选择函数，来确定滤波器的最小阶数N

和固有频率Wn ；（3）由最小阶数N 得到滤波器原型，用来估计契比雪夫I 型滤

波器阶数和截止频率Wn 的函数：[N,Wn]=cheb1ord(Wp,Ws,Rp,Rs)。(4)用直接设

计IIR 数字滤波器的函数来设计出所需要的滤波器，设计契比雪夫I 型数字滤波

器的函数：[num,den]=cheby1(N,Rp,Wn)，Wn 是标量，则为低通，否则为带通。

3. 抽样定理 :连续信号经理想抽样后时域、频域发生的变化（理想抽样信号与

连续信号频谱之间的关系）。

4. 理想抽样信号能否代表原始信号、如何不失真地还原信号即由离散信号恢复

连续信号的条件（抽样定理）。

5. 奈奎斯特采样定理：要使实信号采样后能够不失真还原，采样频率必须大于

信号最高频率的两倍。

设计步骤

1．语音信号的采集

在MATLAB环境中，使用声音相关函数录制3秒左右自己的声音，程序如下：

fs=8000;

t=3;

fprintf('按任意键后开始 %d 秒录音：',t); %文字提示

pause; %暂停命令

fprintf('录音中...'); %文字提示

y=wavrecord(t*fs,fs,'double'); %录制语音信号

fprintf('录音结束\n'); %文字提示

wavwrite(y,fs,'f:\黄\xiaoqing.wav'); %存储录音信号

fprintf('按任意键后回放:');pause

wavplay(y,fs); %播放语音信号

wavwrite(y,fs,'f:\黄\xiaoqing.wav '); %存储语音信号

plot(y); %画出原始语音信号的时域图形

title('声音时域图');

xlabel('频率');

ylabel('振幅');

声音的时域图是：