现代信号处理课设报告

中南大学

本科生课程设计报告

课程名称现代信号处理

指导教师赵亚湘

学院信息科学与工程学院专业班级通信工程班

姓名

学号

题目一语音信号去噪处理

一、设计要求

1)在windows系统下的录音机录制一段1s左右的语音信号作为原声信号，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；

2)画出语音信号的时域波形，对采样后的语音进行fft变换，得到信号的频谱特

性；对语音信号分别加入正弦噪声和白噪声，画出加噪信号的时域波形和频谱图；

3)根据对加噪语音信号谱分析结果，确定滤除噪声滤波器的技术指标，设计合适

的数字滤波器，并画出滤波器的频域响应；

4)用所设计的滤波器对加噪的信号进行滤波，在同一个窗口画出滤波前后信号的

时域图和频谱图，对滤波前后的信号进行对比，分析信号变化；

5)利用sound(x)回放语音信号，验证设计效果。

二、设计思想和系统功能分析

②在MATLAB平台上读入语音信号。

③绘制频谱图并回放原始语音信号。

④利用MATLAB编程加入一段正弦波噪音，设计滤波器去噪。

⑤利用MATLAB编程加入一段随机噪音信号，设计FIR和IIR滤波器去噪，并分别绘制频谱图、回放语音信号。

⑥通过仿真后的图像以及对语音信号的回放，对比两种去噪方式的优缺点。

三、设计中关键部分的理论分析与计算，关键模块的设计思路

1、语言的录入及处理

在MATLAB软件平台下，利用函数wavread（）对语音信号采集，并记录采样频率和采样点数。将语音信号转换成计算机能够运算的有限长序列。用FFT(傅里叶变换)对其作谱分析。对信号添加噪声，然后通过窗函数法设计滤波器滤掉该语音信号的噪声，对比滤波前后的语音波形和频谱。

2、时域信号的FFT分析

FFT即为快速傅氏变换，是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。在MATLAB 的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。函数FFT 用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以为一向量或矩阵，若x为一向量，y是x的FFT且和x相同长度；若x为一矩阵，则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。如果x长度是2的幂次方，函数fft执行高速基－2FFT算法，否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。函数FFT的另一种调用格式为y=fft(x,N)，式中，x，y意义同前，N为正整数。函数执行N点的FFT，若x为向量且长度小于N，则函数将x补零至长度N；若向量x的长度大于N，则函数截短x使之长度为N；若x 为矩阵，按相同方法对x进行处理。

3、滤波方法

将信号中特定波段频率滤除的操作称为滤波，它是抑制和防止干扰的一项重要

措施。若有用信号和无用信号在频谱上可区分，则可采用滤波的方法来衰减甚至消除无用信号。传统的滤波方法是使用滤波器，比如低通、高通、带通、带阻滤波器等，通常按典型的滤波器原型来设计。典型的滤波器原型有Butterworth, Chebyshev 和elliptical 等几种。本次设计采用巴特沃斯低通滤波器实现对加正弦噪声信号的滤波处理，采用海明窗实现对加高斯白噪声信号的滤波处理。

四、测试数据、测试输出结果，及必要的理论分析和比较

1、加正弦噪声

-1

-0.500.5

1原始信号时域图

time(s)

幅度

500

1000

原始信号频谱图

Hz

幅度

-1

-0.500.5

1滤波前信号时

域图

time(s)

幅度

010002000

3000400050006000

500

1000

滤波前信号频谱图

Hz

幅度

（1）由上图中的时域明显看出加正弦噪声前后信号的改变，频域图更是可以轻易选择低通滤波器去滤掉噪声恢复原声音信号。

-1

-0.500.5

1滤波后信号时

域图

time(s)

幅度

500

1000

滤波后信号频谱图

Hz

幅度

（2）滤波后，效果明显，听声音也可以看出，此次操作的成功。

-250

-200

-150

-100

-50

50

频率响应

w/pi

幅度

2、加高斯白噪声

（1）下面两幅图信号时域和频域的对比也能明显看出加噪声前后的差异之处。而且可以看出，巴特沃斯高通、低通、带通滤波器都不能够滤去这种噪声，因此想到窗函数，而我选择的是海明窗。

00.51 1.5

2 2.5

3 3.54

-1

-0.500.5

1原始信号时域图

time(s)

幅度

010002000

3000400050006000

500

1000

原始信号频谱图

Hz

幅度

00.51

1.52

2.53

3.54

-1

-0.500.5

1滤波前信号时域图

time(s)

幅度

010002000

3000400050006000

500

1000

滤波前信号频谱图

Hz

幅度

（2）滤波之后的声音信号显然不适合原声音信号一样，但声音效果还是差不多的。