基于MATLAB的语音信号的频谱分析

数字信号处理

结课报告

设计题目：基于MATLAB的语音信号的频谱分析姓名：

专业班级：

学号：

成绩：

指导教师：

日期： 2013 年 11 月 30 日

1.课程设计目的

综合运用数学信号处理的理论知识进行语音信号的频谱分析，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，从而加深对所学知识的理解，建立概念。

2.理解设计基本要求

1)熟悉离散信号和系统的时域特性。

2)熟悉线性卷积和相关的计算编程方法。

3)掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列傅里叶变换对离散信号、系统和

系统的响应进行频域分析。

4)学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。

5)利用MATLAB对wav文件进行频谱分析。

6)分别用不同的滤波器对加噪语音信号进行滤波，选择最佳滤波器。

3.课程设计内容

选择一个wav文件作为分析的对象，或录制一段语音信号，对其进行频谱分析，分别对加噪前后的语音信号进行频谱分析，再通过不同滤波器根据信号的频谱特点重构语音信号，选出最佳滤波方案。

4.课程设计实现步骤

(1)语音信号的获取

选择一个wav文件作为分析的对象，可以利用Windows下的录音机或其他软件，录制一段自己的话音，在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread('Blip',[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]表示读取的值从N1点到N2点的值。

sound(y);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”，也可以说像处理一个信号的表达式一样处理这个声音信号。

下面是语音信号在MATLAB中的语言程序，它实现了语音的读入与打开，并绘出了语音信号时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变化，得到信号的频谱特性。

在频谱特性中分析最大值的位置（可能有几个），它代表的频率和时域的采样时间有关，相邻的两点之间的距离为。其中，N是离散傅里叶变换用的点数，是采样的时间，前面在读取 wav文件时得到了采样频率。

既然知道了该声波的频谱，按频率就可以反演它的时域值，利用以上分析的主要峰值来重构声波。由于没有考虑相位和其他的频谱分量，所以波形和原来的波形相差甚大，但大体的频率是没有错的。

fs=25600; %语音信号采样频率为25600

[x,fs,bits]=wavread('C:\windows\system32\config\systemprofile\Des ktop\mayue.wav');

sound(x,fs,bits); %播放语音信号

y1=fft(x,4096); %对信号做2048点FFT变换

f=fs*(0:2047)/4096;

figure(1)

magy1=abs(y1);

angy1=angle(y1);

subplot(3,1,1),plot(x);title('原始信号波形')

subplot(3,1,2),plot(magy1);title('原始信号幅值') subplot(3,1,3),plot(angy1);title('原始信号相位') figure(2)

freqz(x) %绘制原始语音信号的频率响应图title('频率响应图')

figure(3)

plot(f,abs(y1(1:2048)));

title('原始语音信号频谱')

xlabel('Hz');

ylabel('fudu');

axis([0 4500 0 400])

图1.1原始信号波形、幅值和相位图

图1.2频率响应图

图1.3原始语音信号频谱

（2）wav语音信号加噪声

在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：1）单频噪色（正弦干扰）；2）高斯随机噪声。绘出加噪声后的语音信号时域和频谱图，在视觉上与原始语音信号图形对比，也可通过Windows播放软件从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。本实验采用正弦干扰。

clc;

clear;

fs=22050; %语音信号采样频率为22050

[x,fs,bits]=wavread('C:\windows\system32\config\systemprofile\Des ktop\mayue.wav'); %读取语音信号的数据，赋给变量x

y1=fft(x,4096); %对信号做4096点FFT变换

f=fs*(0:511)/4096;

t=(0:length(x)-1)/22050;

x1=[0.05*sin(2*pi*10000*t)]';

x0=x(:,1);

x2=x1+x0;

sound(x2,fs,bits);

figure(1)

subplot(2,1,1)

plot(x) %做原始语音信号的时域图形

title('原语音信号时域图')

subplot(2,1,2)

plot(x2) %做原始语音信号的时域图形

title('加高斯噪声后语音信号时域图')

xlabel('time n');

ylabel('fudu');

y2=fft(x2,4096);

figure(2)

subplot(2,1,1)

plot(abs(y1))

title('原始语音信号频谱');

xlabel('Hz');

ylabel('fudu');

subplot(2,1,2)

plot(abs(y2))

title('加噪语音信号频谱');

xlabel('Hz');

ylabel('fudu');

axis([0 4500 0 300]);

wavwrite(x2,fs,'C:\windows\system32\config\systemprofile\Desktop\加噪.wav');