含噪声的语音信号分析与处理设计

课程设计任务书

学生姓名：苗强强专业班级：电信1204

指导教师：阙大顺沈维聪工作单位：信息工程学院

题目: 程控宽带放大器的设计

初始条件：

程控宽带放大器是电子电路中常用模块，在智能仪器设备及嵌入式系统中有广泛的应用。因此对于电子信息专业的技术人员来说，熟练掌握该项技术很有必要。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

（1）输入阻抗>1KΩ, 单端输入，单端输出，放大器负载电阻为600Ω；

（2）3dB通频带10kHz~6MH，z 在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。

（3）增益调节范围10 dB~40 dB，（通过键盘操作调节）。

（4）发挥部分：当输入频率或输出负载发生变化时，通过微处理器自动调节，保持放大器增益不变。

（5）电路通过仿真即可。

时间安排：

1. 任务书下达，查阅资料 1 天

2. 制图规范、设计说明书讲解2 天

3. 设计计算说明书的书写 5 天

4. 绘制图纸1 天

5. 答辩1 天

指导教师签名：

系主任（或责任教师）签名：

滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR 数字滤波器和IIR 滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB 信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB 有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR 数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR 数字滤波器，并利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB 信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR 和IIR 数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。

关键词数字滤波器MATLAB IIR 滤波器FIR 滤波器

1 绪论 (1)

2 课程设计内容 (2)

3 课程设计的具体实现 (2)

3.1 语音信号的采集 (2)

3.2 语音信号的时频分析 (2)

3.3 语音信号加噪与频谱分析 (4)

3.4 设计FIR 和IIR 数字滤波器 (5)

3.5 用滤波器对加噪语音信号进行滤波 (7)

3.6 实验现象记录及分析 (9)

3.7 调试过程遇到的问题及解决办法 (10)

4 总结 (12)

参考文献 (13)

含噪声的语音信号分析与处理设计

1 绪论

数字语音处理的重要基础是数字信号处理。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等优点。

数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response滤) 波器和无限冲激响应( IIR ，Infinite Impulse Response)滤波器。

FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处(因果系统)，因而只能用较高的阶数达到高的选择性。FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR 数字滤波器低，但是线性

相位，就是不同频率分量的信号经过fir 滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。FIR 数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。FIR滤波器因具有

系统稳定，易实现相位控制，允许设计多通带(或多阻带)滤波器等优点收到人们的青睐。

IIR滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR 滤波器运算结构

通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。同时，IIR 数字滤波器在设

计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果，如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等，有现成的设计数据或图表可查，在设计一个IIR 数字滤波器时，我们根据指标先写出模拟滤波器的公式，然后通过一定的变换，将模拟滤波器的公式转

换成数字滤波器的公式

滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。随着MATLAB 软件

及信号处理工具箱的不断完善，MATLAB 很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件。它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。

2 课程设计内容

语音信号处理是信号处理技术最早涉及的应用领域，数字信号处理技术中的很多方法都可以在语音信号处理中得到应用。

设计内容及要求：

（1）选择一个语音信号作为分析对象，或录制一段语音信号；

（2）对语音信号进行采样，画出采样前后语音信号的时域波形和频谱图；

（3）利用MATLAB 中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，使语音信号被污染，然后进行频谱分析；

（4）设计用于处理该语音信号的数字滤波器，给出滤波器的性能指标，画出滤波器的频率响应；

（5）对被噪声污染的语音信号进行滤波，画出滤波前后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行比较和分析；

（6）回放各步骤的语音信号，给出相应处理程序及运行结果分析。

3 课程设计的具体实现

3.1 语音信号的采集

利用PC 机上的声卡和WINDOWS 操作系统可以进行数字信号的采集。将话筒输入计算机的语音输入插口上,启动录音机。按下录音按钮,接着对话筒说话“语音信号处理” ,说完后停止录音,屏幕左侧将显示所录声音的长度。点击放音按钮,可以实现所录音的重现。以文件名“ speech”保存入g :\ MATLAB \ work 中。可以看到, 文件存储器的后缀默认为. wav ,这是WINDOWS 操作系统规定的声音文件存的标准。

3.2 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。