基于MATLAB有噪声语音信号处理

课程设计报告
课程设计题目：基于matlab的语音信号处理
学号：201420130119
学生姓名：冯叶青
专业：通信工程
班级：1421301
指导教师：吴有用
2016年12月18日
基于MATLAB 有噪声语音信号处理
题目一：基于Matlab 的语音信号处理 设计内容：
录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；根据给定的低通滤波器，对采集的信号进行滤波，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；回放语音信号。

设计步骤：
（1）语音信号的采集
利用Windows 下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1 s 内。

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，使学生理解采样频率、采样位数等概念。

（2）语音信号的频谱分析
画出语音信号的时域波形；然后对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，加深学生对频谱特性的理解。

（3）给定某IIR 数字低通滤波器如下：
1
1
0.330.33()10.33z
H z z --+=-
即滤波器的分子系数b=[0.33，0.33]，分母系数a=[1，-0.33]。

（4）用滤波器对信号进行滤波
用给定的低通滤波器对采集的信号进行滤波，在Matlab中， IIR 滤波器利用函数filter对信号进行滤波。

（5）比较滤波前后语音信号的波形及频谱
在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。

（6）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)；感觉滤波前后的声音变化。

一设计内容
选择一个语音信号作为分析的对象，或录制一段各人自己的语音信号，对其进行频谱分析；利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析；设计FIR数字滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，分析滤波后信号的时域和频域特征，回放语音信号。

三设计的具体实现
1语音信号的时频分析
利用MATLAB中的“wavread”命令来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。

再对其进行采样，记住采样频率和采样点数。

下面介绍wavread 函数几种调用格式。

（1）y=wavread（file）
功能说明：读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。

（2）[y,fs,nbits]=wavread(file)
功能说明：采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），nbits表示采样位数。

接下来，对语音信号kalong.wav进行采样。

其程序如下：
[y,fs,nbits]=wavered (‘kalong’);把语音信号加载入Matlab 仿真软件平台中
然后，画出语音信号的时域波形，再对语音信号进行频谱分析。

MATLAB提供了快速傅里叶变换算法FFT计算DFT的函数fft,其调用格式如下：
Xk=fft(xn,N)
参数xn为被变换的时域序列向量，N是DFT变换区间长度，当N大于xn的长度时，fft函数自动在xn后面补零。

当N小于xn的长度时，fft函数计算xn的前N个元素，忽略其后面的元素。

在本次设计中，我们利用fft对语音信号进行快速傅里叶变换，就可以得到信号的频谱特性。

其程序如下：
[x,fc,nbits]=wavread ('kalong.wav');
sound(x,fc,nbits); %回放语音信号，明显听出有尖锐的单频啸叫声N=length(x); %求出语音信号的长度
t=0:1/fc:(size(x)-1)/fc;
X=abs(fft(x,N)); %傅里叶变换
X=X(1:N/2); f=fc/N*(0:1:(N/2)-1); figure(1) subplot(2,1,1); plot(t,x);
title('原始信号波形');xlabel('s'); subplot(2,1,2);
plot(f,abs(X));%可见声音信号频谱在0～4e3范围之内 title('原始信号频谱');xlabel('Hz');ylabel('幅度'); 程序结果如下图：
2
4
68
10
12
-0.2
-0.100.1
0.2原始信号波形
s
020004000
600080001000012000
5001000
1500原始信号频谱
Hz
幅度
2 语音信号加噪与时谱分析
在本次设计中，我们是利用MATLAB中加入单频率噪声到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其频谱分析。

语音信号添加噪声及其频谱分析的主要程序如下：
4 滤波后语音信号的波形及频谱
a=[0.33,0.33];
b=[1,-0.33];
z=freqz(a,b);系统函数
y=filter(b,a,,y) %用设计好的滤波器对y进行滤波
figure(2);
sound(y_fil,fc,nbits); % 播放消噪之后的声音信号
figure(5);
subplot(2,1,1);plot(t,y_fil);grid on;
title('经过滤波后时域信号');xlabel('s');
subplot(2,1,2);plot(f,Y_fil);grid on;
title('经过滤波后信号频谱'); xlabel('Hz');ylabel('幅度');
得到如图结果：
2
4
6810
12
-0.2
-0.100.1
0.2经过滤波后时域信号
s
020004000
600080001000012000
5001000
1500经过滤波后信号频谱
Hz
幅度
三 小结
“基于MATLAB 的有噪声语音信号处理”是希望将数字信号处理技术应用于某一实际领域，这里就是指对语音及加噪处理。

本设计圆满的完成了对加噪声语音信号的读取与打开，与设计内容的要求十分相符；也较好的完成了对原始语音信号和加噪声后的语音信号的频谱分析，通过fft 变换，得出了语音信号的频谱图；在滤波这一部分，主要用窗函数法设计FIR 滤波器，实现了预期的滤波效果。

东华理工大学
课程设计评分表
学生姓名：冯叶青班级：1412301 学号：201420130119
课程设计题目：基于matlab的语音信号处理
项目内容满分实评
选题能结合所学课程知识、有一定的能力训练。

符合选题要求
（5人一题）
10 工作量适中，难易度合理10
能力水平能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力10 理论依据充分，数据准确，公式推导正确10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、
制图等
10 能体现创造性思维，或有独特见解10
成果质量总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。

10 说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、
结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构
严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。

格式、
绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准
10 有一定篇幅，字符数不少于5000 10
总分100
指导教师评语：
指导教师签名：
年月日。