基于MATLAB的语音信号加噪处理

［２］Ｖｉｎａｙ．Ｋ．Ｉｎｇｌｅ， Ｊｏｈｎ．Ｇ．Ｐｒｏａｋｉｓ． 数字信号处理 使用 ＭＡＴＬＡＢ［Ｍ］．刘树堂译．西安： 西安 交 通 大学出版社， ２００２．
［３］丁 玉 美 ， 高 西 全．数 字 信 号 处 理［Ｍ］．西 安 ： 西 安电子科技大学出版社， １９９６．
［４］王宏．ＭＡＴＬＡＢ６．５ 及其在信号处理中的应用 ［Ｍ］．北京： 清华大学出版社， ２００３．
图 １ Ｂｕｔｔｅ ｒｗｏｒｔｈ 滤波器 成。本文利用编程完成该滤波器即加权 的 ｃｌｓ 滤 波 器 的 设 计 。
加权的 ｃｌｓ 滤波器参数如下： ｎ＝６５； ｗｏ＝０．４； ｄｐ＝０．０２； ｄｓ＝０．００４； ｗｐ＝０．３８； ｗｓ＝０．４２； ｋ＝１０； ｈ＝ｆｉｒｃｌｓ１（ ｎ， ｗｏ， ｄｐ， ｄｓ， ｗｐ， ｗｓ， ｋ） ； ［Ｈ， Ｗ］＝ｆｒｅｑｚ（ ｈ， １， ５１２， ２） ； ｐｌｏｔ（ Ｗ， ａｂｓ（ Ｈ） ） ；ｘｌａｂｌｅ（ ＇ 归 一 化 频 率 ＇ ） ； ｙｌａｂｌｅ（ ＇ 幅度 ＇ ） ； ｇｒｉｄ； ｓａｖｅ ｆｉｒｃｌｓ．ｍａｔ 如图 ２ 所示。 对 于 ＩＩＲ 滤 波 器 和 ＦＩＲ 滤 波 器 中 的 维纳滤波器和自适应滤波器的设计， 可以 直 接 利 用 ＭＡＴＬＡＢ 自 带 的 函 数 实 现 ， 本 文不再赘叙。
２ 滤波器设计器
滤波器种类很多， 一般分为模拟滤 波 器 和 数 字 滤 波 器 。从 滤 波 器 的 实 现 方 法 上 可 分 为 ＩＩＲ 滤 波 器 （ 无 限 冲 激 响 应 滤 波 器 ） 和 ＦＩＲ 滤 波 器 （ 有 限 冲 激 响 应 滤 波 器） 。从滤波器的功能上可分为低通滤波 器 （ ＬＰＦ） 、高 通 滤 波 器 （ ＨＰＦ） 、带 通 滤 波 器 （ ＢＰＦ） 、带阻滤波器（ ＢＳＦ） 。
ｄ ＝ ｆｉｌｔｅｒ（ ｂ， １， ｎ） ； ％ Ｄｅｓｉｒｅｄ ｓｉｇｎａｌ ｗ０ ＝ ｚｅｒｏｓ（ １， ４） ； ％ Ｉｎｔｉａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｍｕ ＝ ０．５； ％ ＬＭＳ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ． ｓ ＝ ｉｎｉｔｌｍｓ（ ｗ０， ｍｕ） ； ［ｙ， ｅ， ｓ］ ＝ ａｄａｐｔｌｍｓ（ ｎ， ｄ， ｓ） ； ｙ１＝ｘ－ ｙ＇ ； ｐｌｏｔ（ ｙ１） ； ｓａｖｅ ｓａｎｐｌ．ｍａｔ ｙ１ 信 号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ｌｍｓ 与 原 信 号的图形输出比较波形如图 ８ 所示。
图 ７ 维纳滤波前后波形比较 信 号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ｌｍｓ 滤 波 器 滤波。 ａ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ｗａｖ１．ｗａｖ＇ ） ； ｂ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ｐｉｎｋ．ｗａｖ＇ ） ； ｃ＝ｂ（ １：７６３， ：） ；ｘ＝ａ＋ｃ； ｎ＝－ ｃ； ｂ ＝ ｆｉｒ１（ ３， ０．３） ； ％ ＦＩＲ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｂｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ
中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１．４２
文 献 标 识 码 ：Ａ
文章编号：１６７２－ ７８００（ ２００６） １１－ ００１７－ ０２
０ 前言
基 于 ＭＡＴＬＡＢ 的 语 音 信 号 加 噪 处 理， 其实质是针对于不同的滤波器性能的 分 析 与 比 较 。本 文 给 出 了 一 个 信 号 源 和 一 个 噪 声 源 。对 于 噪 声 源 主 要 采 用 粉 红 色 噪 声以便于分析； 对于信号的加噪， 有信号 源 与 噪 声 源 直 接 相 加 、相 乘 、相 卷 等 几 种 形式， 限于篇幅本文仅对其中的信号源与 噪 声 源 直 接 相 加 滤 波 进 行 了 分 析 。对 于 滤 波 器 的 设 计 可 以 使 用 ＭＡＴＬＡＢ 中 自 带 的 工 具 ， 也 可 以 通 过 编 程 或 直 接 利 用 ＭＡＴ－ ＬＡＢ 中的函数库来实现。
［５］陈怀琛．ＭＡＴＬＡＢ 及其在理工课 程 中的 应 用 指 南［Ｍ］． 西 安 ： 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版 社 ， ２０００． （ 编任编辑： 刘 君）
图 ８ Ｉｍｓ 滤波前后波形比较
４ 结论
通过以上分析， 可以看出滤波后的输 出图形和原信号源的图形存在一定的差 别， 不同滤波器的滤波输出效果也不同， 有优有劣， 这说明不同滤波器的性能差异 以及参数的调节会对滤波器产生一定影 响。
参考文献：
［１］陈亚勇．ｍａｔｌａｂ 信号处理详解［Ｍ］ 北 京： 人 民 邮电出版社， ２００１．
ＭＡＴＬＡＢ 中 的 ＳＰＴｏｏｌ （ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏ－ ｃｅｓｓｉｎｇ Ｔｏｏｌ） 提 供 了 一 个 便 于 完 成 信 号 处 理 任 务 的 ＧＵＩ 集 成 环 境 ， 它 有 信 号 浏 览 器、滤 波器 设计 程序 、滤波 器查 看 程 序 、功
率谱查看程序 ４ 个功能模块， 可以进行信 号 浏 览 、滤 波 器 的 设 计 、分 析 与 实 现 等 。
１ ＭＡＴＬＡＢ 简介
ＭＡＴＬＡＢ（ ＭＡＴｒｉｘ ＬＡＢｏｒａｔｏｒｙ） 是美国 Ｍａｔｈｗｏｒｋ 公 司 开 发 的 新 一 代 科 学 计 算 软 件， 它是一套功能强大的工程计算及数值 分 析软 件， 集 数值 分析 、矩阵 运 算 、信 号 处 理和图形显示于一体， 其核心是矩阵。它 还提供了类似于其它设计与编程语言的 编程特性， 并且具备与其它应用程序的接 口 ， 允 许 用 户 将 编 写 的 Ｃ／Ｃ＋＋或 ＦＯＲＴＲＡＮ 程序 与 ＭＡＴＬＡＢ 接 口， 即 在 ＭＡＴＬＡＢ 工 作空间中可以调用这些语言编写的程序。
（ １） 语音信号 ａ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ｗａｖ１．ｗａｖ＇ ） ； ｐｌｏｔ（ ａ） ； ｓａｖｅ ｓｉｇｎａｌ．ｍａｔ ａ 如图 ３ 所示。
信 号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ＦＩＲ 滤 波 器 滤波。
ａ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ ｗａｖ１．ｗａｖ＇ ） ； ｂ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ ｐｉｎｋ．ｗａｖ＇ ） ； ｃ＝ｂ（ １：７６３， ：） ；ｘ＝ａ＋ｃ； ｎ＝６５； ｗｏ＝０．４； ｄｐ＝０．０２； ｄｓ＝０．００４； ｗｐ＝０．３Байду номын сангаас； ｗｓ＝０．４２； ｋ＝１０； ｈ＝ｆｉｒｃｌｓ１（ ｎ， ｗｏ， ｄｐ， ｄｓ， ｗｐ， ｗｓ， ｋ） ； ｘｏ＝ｆｉｌｔｅｒ（ ｈ， １， ｘ） ； ｐｌｏｔ（ ｘｏ） ； ｓａｖｅ ｓａｎｐｆ．ｍａｔ ｘｏ 信号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ｆｉｒｃｌｓ 后 与 原 信号的图形输出比较波形如图 ６ 所示。
软件技术研究
基于 ＭＡＴＬＡＢ 的语音信号加噪处理
成利香， 张桂新 （ 湖南建材高等专科学校， 湖南 衡阳 ４２１００８）
摘 要： 基于 ＭＡＴＬＡＢ 对信号与粉红色噪声直接相加， 通过比较分析不同特性的滤波器输出， 论述了加噪
处理中不同滤波器的差异。
关键词： ＭＡＴＬＡＢ； 数字滤波器； 粉红色噪声； 信号加噪处理
３ 信号的加噪处理
３．１ 输入信号 该信号是 ２ 个声音文件， 放在 ｅ 盘根
作者简介：成利香（ １９７９－ ） ， 女， 湖南永州人， 湖南建材高等专科学校助教， 中南大学硕士研究生。
软件导刊·２００６·１２ 月号 １７
软件技术研究
图 ２ ＦＩＲ 滤波器 目录下， 文件名为 ｗａｖ１．ｗａｖ 和 ｐｉｎｋ．ｗａｖ。
本 文 将 要 设 计 一 个 ＩＩＲ 型 的 滤 波 器 ， 即 Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ 滤 波 器 。 利 用 ＳＰＴｏｏｌ 中 的 滤波器设计程序功能模块， 根据需要设计 和调整参数来完成滤波器的设计。
Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ 滤波器参数如下： ｔｙｐｅｌｏｗｐａｓｓ ｓａｍｐｌｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙ １００００ ｐａｓｓｂａｎｄ ｆｐ＝５００ ｒｐ＝３ ｓｔｏｐｂａｎｄ ｆｓ＝７５０ ｒｓ＝２０ 如图 １ 所示。 相 对 无 限 冲 击 响 应 数 字 滤 波 器 （ Ｉ－ ＩＲ） ， 有限 冲击 响应 数 字 滤 波 器 （ ＦＩＲ） 的 优 点是： 具有精确的线性相位， 设计方式为 线性， 硬件容易实现， 滤波器过渡过程具 有有限区间。而其缺点是： 在实现给定性 能水平的前提下， 其要求的滤波器阶次要 比 ＩＩＲ 高得多。 本文还 设计 了一 个 ＦＩＲ 型 滤 波 器 ， 但 不 利 用 ｓｐｔｏｏｌ 所 提 供 的 滤 波 器 设 计 器 完
图 ３ 语音信号 （ ２） 粉红色噪声信号 ｂ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ ｐｉｎｋ．ｗａｖ＇ ） ； ｐｌｏｔ（ ｂ） ； ｓａｖｅ ｎｏｉｓｅ．ｍａｔ ｂ 如图 ４ 所示。
图 ４ 粉红色噪声信号 （ ３） 信号加粉红色噪声滤波图形输出 信 号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ＩＩＲ 滤 波 器 滤波。通过 ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ 后与原信号的图形 输出比较波形如图 ５ 所示。
图 ５ ＩＩＲ 滤波前后波形比较
１８ 软件导刊·２００６·１２ 月号
图 ６ ＦＩＲ 滤波前后波形比较 信号加粉红色噪声通过维纳滤波器 滤波。 ａ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ ｗａｖ１．ｗａｖ＇ ） ； ｂ＝ｗａｖｒｅａｄ（ ＇ ｅ：＼ ｐｉｎｋ．ｗａｖ＇ ） ； ｃ＝ｂ（ １：７６３， ：） ； ｘ＝ａ＋ｃ； ｙ＝ｗｉｅｎｅｒ２（ ｘ， ［１， ３０］） ； ｐｌｏｔ（ ｙ） ； ｓａｖｅ ｓａｎｐｗ．ｍａｔ ｙ 信 号 加 粉 红 色 噪 声 通 过 ｗｉｅｎｅｒ 与 原 信号的图形输出比较波形如图 ７ 所示。