数字信号处理课程设计报告--基于MATLAB的语音去噪处理

数字信号处理课程设计报告--基于MATLAB的语音去噪处理《数字信号处理》

课程设计报告

基于MATLAB的语音去噪处理

专业: 通信工程

班级: 通信1101班

组次: 第7组

姓名及学号: 胡政权(2011013825) 姓名及学号: 潘爽(2011013836)

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组员承担任务

负责程序的编写，并检验程序是否错误，利用课余时间去图书馆或

上网查阅课题相关资料，深入理解课题含义及设计要求，注意材料收集

胡政权与整理，对课程设计要求进行最后审核。

负责课程设计实验MATLAB仿真对实验结果进行分析，上网查阅材料

对实验发表自己看法同时对实验要求进行扩展。对论文进行抒写，排版

潘爽使实验课程设计更加完善。

指

导

教

师

评

价

意

见

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基于MATLAB的语音去噪处理

1、设计目的

(1)巩固所学的数字信号处理理论知识，理解信号的采集、处理、加噪、去噪过程; (2)综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力; (3)学习资料的收集与整理，学会撰写课程设计报告。

2、设计任务

(1)语音信号的录制。

(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。其大概流程框图可如下表示:(图2-1)

图2-1 课程设计的流程

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3、设计原理

3.1 去噪原理

3.1.1 采样定理

在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即:fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5,10倍;采样定理又称奈奎斯特定理。 1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式: 理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)为什么把采样频率设为8kHz?在数字通信中，根据采样定理, 最小采样频率为语音信号最高频率的2倍

频带为F的连续信号 f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1?Δt)，

f(t1?2Δt)，...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt?1/2F，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。这是时域采样定理的一种表述方式。

时域采样定理的另一种表述方式是:当时间信号函数f(t)的最高频率分量为fM 时,f(t)的值可由一系列采样间隔小于或等于1/2fM的采样值来确定,即采样点的重复频率f?2fM。图为模拟信号和采样样本的示意图。

时域采样定理是采样误差理论、随机变量采样理论和多变量采样理论的基础。对于时间上受限制的连续信号f(t)(即当?t?>T时,f(t)=0,这里T=T2-T1是信号的持续时间)，若其频谱为F(ω),则可在频域上用一系列离散的采样值

(2-1)

采样值来表示,只要这些采样点的频率间隔

(2-2)

3.1.2 采样频率

采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。

采样频率只能用于周期性采样的采样器，对于非周期性采样的采样器没有规则限制。采样频率的常用的表示符号是 fs。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多

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少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据采样定理，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，也是选择音频接口的两个重要标准。无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。每增加一个采样位数相当于力度范围增加了

6dB。采样位数越多则捕捉到的信号越精确。对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机，44.1kHz意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其拍照达441000次。显然采样率越高，计算机摄取的图片越多，对于原始音频的还原也越加精确.

4、设计过程

4.1 语音文件在MATLAB平台上的录入与打开

单击自己的电脑开始程序，选择所有程序，接着选择附件，再选择娱乐，最后选择录音。自己录入“毕业设计”语音信号，然后保存在MATLAB文件夹里面，命名为“wangqingtian.wav”。

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。

[y,fs,bits]=wavread(' [N1 N2]);用于读取语音，采样值放在向量y中，fs 表示采样频率(Hz)，bits表示采样位数。[N1 N2]表示读取从N1点到N2点的值(若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值)。

4.2 原始语音信号频谱分析及仿真

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。再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波。对于波形图与频谱图(包括滤波前后的对比图)都可以用MATLAB画出。我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。选择设计此方案，是对数字信号处理的一次实践。在数字信号处理的课程学习过程中，我们过多的是理论学习，几乎没有进行实践方面的运用。这个课题正好是对数字语音处理的一次有利实践，而且语音处理也可以说是信号处理在实际应用中很大众化的一方面。这个方案用到的软件也是在数字信号处理中非常通用的一个软件——MATLAB软件。所以这个课题

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的设计过程也是一次数字信号处理在MATLAB中应用的学习过程。课题用到了较多的MATLAB语句，而由于课题研究范围所限，真正与数字信号有关的命令函数却并不多。sound(x,fs,bits); 用于对声音的回放。向量y则就代表了一个信号(也即一个复杂的“函数表达式”)也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。 FFT的MATLAB实现: