基于MATLAB的有噪声语音信号处理文献综述

测试信号分析与信息处理文献综述课程：测试信号分析与信息处理姓名：李鹏

学院：机械电子工程

专业：机械工程

学号：201421080109

日期：2014-11-17

基于MATLAB的有噪声语音信号处理文献综述语音信号处理是语音学与数字信号处理技术相结合的交叉学科，课题在这里不讨论语音学，而是将语音当做一种特殊的信号，即一种“复杂向量”来看待。也就是说，课题更多的还是体现了数字信号处理技术。数字信号处理技术主要研究离散线性时不变系统，数字滤波和频谱分析是它的的两个主要分支。数字滤波（Digital filter），即在形形色色的信号中提取所需信号，抑制不必要的干扰。数字滤波器可以在时域实现也可以在频域实现，主要有两种类型;无限长冲击数字滤波器（IIR）和有限长冲击数字滤波器(FIR)。频谱分析（SA,Spectrum Analysis）,对各种信号进行频域上的加工处理，其核心内容是快速傅里叶变换（FFT），分析的结果是一频率为坐标的各种物理量的谱线和曲线。从课题的中心来看，课题“基于MATLAB的有噪声语音信号处理”是希望将数字信号处理技术应用于某一实际领域，这里就是指对语音及加噪处理。作为存储于计算机中的语音信号，其本身就是离散化了的向量，我们只需将这些离散的量提取出来，就可以对其进行处理了。这一过程的实现，用到了处理数字信号的强有力工具MATLAB。MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。它提供了功能齐全的滤波器设计，与信号处理交互式图形用户界面（Interactive graphical user interface），主要包括FDATool和SPATool两种交互式工具，其中FDATool 主要用于数字滤波器设计与分析，而SPATool不仅可以设计分析滤波器，而且可以对信号进行时域与频域的分析。通过MATLAB里几个命令函数的调用，很轻易的在实际语音与数字信号的理论之间搭了一座桥。课题的特色在于它将语音信号看作一个向量，于是就把语音数字化了。那么，就可以完全利用数字信号处理的知识来解决语音及加噪处理问题。我们可以像给一般信号做频谱分析一样，来对语音信号做频谱分析，也可以较容易的用数字滤波器来对语音进行滤波处理。

1.研究的目的及意义

在信号传输过程中，由于实验条件或各种其他主观或客观条件的原因，不可避免的会引进一些噪声信号，因此…除噪‟成了研究信号传输过程中必不可少的一环。基于MATLAB的有噪声语音信号处理，通过MATLAB强大的数据运算能力，可以极大程度上削弱噪声影响。还原出真实的语音信号。

2. 基于MATLAB有噪声语音信号处理原理及应用

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。

3、国内外研究状况

噪声污染位于联合国四大公认污染之一，无论是尖锐的火车汽笛声，还是我们肉耳听不到的超声波，次声波都有可能给人们生活带来极大不便。在机械方面，机械件碰撞带来的噪声会缩短器件寿命，在电子方面，电器件在噪声的影响下可能会失灵。华中师范大学教育信息技术工程研究中心（武汉）刘智老师曾经就机械噪声给人们身心带来的伤害进行过一次计算机仿真，同时用MATLAB进行了

信号处理。此次研究，他通过比较加噪前后，语音的频谱和语音回放，能明显的感觉到加入噪声后回放的声音与原始的语音信号有很大的不同,前者随较尖锐的干扰啸叫声。从含噪语音信号的频谱图中可以看出含噪声的语音信号频谱,在整个频域范围内分是布均匀。其实，这正是干扰所造成的。通过滤波前后的对比，得出低通滤波后效果最好，高通滤波后的效果最差的结果。

参考文献

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[2]高西全，丁玉美．数字信号处理[M]．第3版．北京：西安电子科技大学出版社，2008

[3]MATLAB 7 辅助信号处理技术与应用[M]. 飞思科技有限公司出版社 2008

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[5]周利清，苏菲．数字信号处理基础[M]．北京：北京邮电大学出版社，2005

[6]周辉董正宏数字信号处理基础及MATLAB实现北京：北京希望电子出版社2007

[7]刘智基于MATLAB的机械噪声分析与处理[J]. 华中江师范学院学报(自然科学版)

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