基于Matlab的语音信号分析与处理课程设计论文

基于Matlab的语音信号分析与处理

目录

录制一段自己的语音信号，并对信号采样。画出采样后的时域波形、频谱图。并自己设计滤波器，对信号滤波，画出滤波后的波形、频谱。回放音乐。

摘要 (2)

第一章绪论 (3)

1.1 语音课设的意义 (3)

1.2 语音课设的目的与要求 (3)

1.3 语音课设的基本步骤 (3)

第二章设计方案论证 (5)

2.1 设计理论依据 (5)

2.1.1 采样定理 (5)

2.1.2 采样频率 (5)

2.1.3 采样位数与采样频率 (5)

2.2 语音信号的分析及处理方法 (6)

2.2.1 语音的录入与打开 (6)

2.2.2 时域信号的FFT分析 (6)

2.2.3 数字滤波器设计原理 (7)

2.2.4 数字滤波器的设计步骤 (7)

2.2.5 IIR滤波器与FIR滤波器的性能比较 (7)

第三章图形用户界面设计 (9)

3.1 图形用户界面概念 (9)

3.2 图形用户界面设计 (9)

3.3 图形用户界面模块调试 (10)

3.3.1 语音信号的读入与打开 (10)

3.3.2 语音信号的定点分析 (10)

3.3.3 N阶高通滤波器 (12)

3.3.4 N阶低通滤波器 (13)

3.3.5 2N阶带通滤波器 (14)

3.3.6 2N阶带阻滤波器 (15)

3.4 图形用户界面制作 (16)

第四章总结 (19)

附录 (20)

参考文献 (25)

摘要

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT)，是DFT使信号在数字域和频域都实现了离散化，从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT)，FFT的出现大大减少了DFT的运算量，使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。

MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++ ，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。

第一章绪论

1.1 语音课设的意义

语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。语音是语言的声学表现，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。

1.2 语音课设的目的与要求

本次课程设计的目的是利用MATLAB对语音信号进行数字信号处理和分析，要求学生采集语音信号后，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。

要求利用MATLAB来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波。然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。

1.3 语音课设的基本步骤

1．理论依据

根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理；时域信号的FFT分析；数字滤波器设计原理和方法，各种不同类型滤波器的性能比较），阐明设计原理。

2．信号采集

采集语音信号，并对其进行FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。

3．构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析

对所采集的语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放，感觉加噪前后声音的变化，分析原因，得出结论。并对其进行FFT频谱分析，比较加噪前后语音信号的波形及频谱，对所得结果进行分析，阐明原因，得出结论。

4．数字滤波器设计

根据待处理信号特点，设计合适数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。

5．信号处理

用所设计的滤波器对含噪语音信号进行滤波。对滤波后的语音信号进行FFT 频谱分析。画出处理过程中所得各种波形及频谱图。

对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行频谱分析，阐明原因，得出结论。6．设计图形用户界面

设计处理系统的用户界面,在所设计的系统界面上可以选择滤波器的参数,显示滤波器的频率响应,选择信号等。