语音信号的数字滤波处理(一)

第二部分：设计题
（3）数字滤波器设计及其应用
1利用Windows下的录音机或其他软件，行语音信号的采集（*.wav）；
2语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；
3产生噪声信号并加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；
4污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱；
根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标，例如：1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz，As=100dB，Ap=1dB；2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz，As=100dB，Ap=1dB；3）带通滤波器性能指标，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。
（1）《数字信号处理（第二版）》，丁玉美等，西安电子科技大学出版社；
（2）《数字信号处理试验指导书》王创新、文卉编长沙理工大学印刷（内部使用）
（3）《数字信号处理及其MATLAB实现》，陈怀琛等译，电子工业出版社；
（4）《MATLAB及在电子信息课程中的应用》，陈怀琛等，电子工业出版社。
（5）《数字信号处理》A.V.奥本海姆，R.W.谢弗著，北京：科学出版社
（6）《数字信号处理——理论、算法与实现（第二版）》胡广书编著，北京：电子工业出版社
同组设计者：
注：1、此任务书应由指导教师填写。
2、此任务书必须在课程设计开始前下达给学生。
学生送交成果日期
学生签名
4.回放语音信号
在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。
5.语音的反转
将女生的一段声音反转成男生，或者将男生的声音反转成女生。
三、设计思考
1．双线性变换法中Ω和ω之间的关系是非线性的，在设计中你注意到这种非线性关系了吗？从哪几种数字滤波器的幅频特性曲线中可以观察到这种非线性关系？
要求利用windows下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000Hz，8位，单声道）录制一段自己的话音，或者采用Windows自带的声音文件（默认为22050Hz），时间控制在几秒左右。然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过wavread函数的使用，要求理解采样频率、采样位数等概念。
a.滤波器类型：hanning窗（低通、带通、高通）
b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数
7用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波；
8分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；
9回放语音信号。
二、设计提示
1．语音信号的采集
2分别动态演示两个序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)和圆周卷积x1(n)⊙x2 (n)的过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程；
3圆周卷积默认使用两个序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N用以进行混叠分析；
4改变圆周卷积长度N，根据实验结果分析2类卷积的关系。
5在计算机操作系统下选一段声音文件(XP系统在“C:\WINDOWS\Media”)，读取文件取10ms的声音数据产生时域序列x1(n),序列内容自定义。利用x2(n)= {1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1}。利用FFT实现快速卷积，验证时域卷积定理，并与直接卷积进行效率对比（验证时采用matlab子函数）。
1可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，指定x1(n)为自己的学号,例如x1(n)={2,0,0,7,8,4,2,5,0,1,2,3}。
x2(n)的内容和长度自选。例如x2(n)={ 1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000}。
2、课程设计报告
（1）本课程设计目的
（2）设计基本原理(可按滤波器种类分别叙述)
（3）设计的步骤和过程(可按滤波器种类分别叙述)
（4）设计程序的调试和运行结果(可按滤波器种类分别叙述，注意图文并茂)
（5）课程设计的思考与体会
（6）参考文献
3、附录
MATLAB程序代码；
主要参考文献：（由指导老师选定）
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(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits表示采样位数。
y=wavread(file,N)，读取前N点的采样值放在向量y中。
（2）编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc时，产生的混叠效应：
①对下面连续信号进行采样：
，A为幅度因子，a为衰减因子， 为模拟角频率，其中n为学号(例如，王墨同学n=23)
②要求输入采样频率fs（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。
6.掌握滤波器的网络结构。
7.掌握MATLAB设计IIR、FIR数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。
五、考核方式
课程考核分三部分，一部分是上机率，占20%；第二部分是检查成绩，最后两次上机为检查时间，占50%；第三部分为课程设计报告，占30%。
课题完成后应提交的文件和图表（或设计图纸）：
1、课程设计的任务书
y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。
2．语音信号的频谱分析
要求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，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。
3．设计数字滤波器和画出频率响应
课程设计任务书
课程：信号处理综合设计
题目：语音信号的数字滤波处理(一)
——巴特沃斯（hanning窗）滤波器
电子信息工程系电子信息工程专业
任务起止日期：2014年12月27日至2014年12月31日
学生姓名
学号______________
指导教师
课题内容及要求：
一设计内容
第一部分：预习题
（1）设计卷积运算的演示程序：
2．能否利用公式完成脉冲响应不变法的数字滤波器设计？为什么？
四、设计要求：
1.掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。
2.熟悉离散信号和系统的时域特性。
3.掌握序列快速傅里叶变换方法。
4.学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。
5.掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。
5根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个IIR滤波器）
a.模拟滤波器类型：巴特沃思滤波器（低通、带通、高通）
b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标
6根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个FIR滤波器）