用数字滤波器滤除语音信号中噪声

数字滤波器的设计报告

-----处理语音信号

学院：理学院

专业：电子信息工程

班级：01

姓名：

学号：

指导教师：

一 绪论

1.1设计目的与要求

(1)掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。

(2)熟悉离散信号和系统的时域特性。

(3)掌握序列快速傅里叶变换方法。

(4)学会MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法。

(5)掌握利用MATLAB 对语音信号进行频谱分析。

(6)掌握滤波器的网络结构。

(7)掌握MATLAB 设计IIR 、FIR 数字滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。

1.2 设计内容

1.2.1预习题部分

(1)设计卷积运算的演示程序：

可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，并指定x1(n)为自己的学号,本实验为x1(n)={2,0,0,8,8,4,2,5,0,1,1,0}。x2(n)的内容和长度自选。例如x2(n)={ 1,

2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25,22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000}。

(2)编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc 时，产生的混叠效应：

① 对下面连续信号进行采样：

学号，==Ω==Ω=-n n a n A t u t Ae t x at a ,2),()sin()(00π， A 为幅度因子，

a 为衰减因子，0Ω为模拟角频率，其中n 为学号(例如，王墨同学n=23)

② 要求输入采样频率fs （根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波

形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。

1.2.2设计题部分

(1)利用Windows下的录音机或其他软件，选择Windows系统的“叮······”（ding.wav），并对该信号进行采样；

(2)语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；

(3)产生噪声信号加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；

(4)污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱；

(5)根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频图（设计3个IIR滤波器）

a. 模拟滤波器类型：巴特沃思滤波器（低通、带通、高通）

b．总体要求：MATLAB原程序+仿真波形+技术指标

(6)根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频图（设计3个FIR滤波器）

a. 滤波器类型：Bartlett窗（低通、带通、高通）

b．总体要求：MATLAB原程序+仿真波形+技术指标+窗函数

(7)用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波；

(8)分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；

(9)回放语音信号。

二课程设计基本原理

2.1设计思路

(1)选择来自于D盘的“ding.wav”声音作为语音信号

(2)根据不同的滤波器选择不同的噪声信号加到语音信号中，得到被污染的语音信号。

(3)分别设计巴特沃思滤波器（低通、带通、高通）以及Bartlett窗滤波器（低通、带通、高通）对被污染的语音信号滤波，滤掉相应的噪音信号，得到

符合要求的语音信号。

方案设计流程图如图2.1所示。（图为巴特沃思滤波器，Bartlett窗滤波器与巴特沃思类似）

图2.1 总体方案设计流程图（巴特沃思）

2.2设计原理

语音信号的频谱范围主要为800HZ左右，并且在5000HZ左右有一个小信号，因此，在设计低通滤波器时，应把噪声频谱设定在5000HZ以上，这样，通过低通滤波器，即可滤除噪声信号从而还原语音信号；在设计高通滤波器时，应把噪声设定在800HZ以内，以通过高通滤波器滤除低频的噪声信号，从而还原相对频率较高的语音信号；在设计带通滤波器时，可把噪声设计在低于800HZ或高于5000HZ的频谱上，已通过带通滤波器还原带通范围内的语音信号。

2.2.1设计IIR数字滤波器的基本思想

设计IIR数字滤波器的方法主要有基于冲激响应不变法的IIR数字滤波器设计，基于双线性Z变换法的IIR数字滤波器设计，数字高通、带通及带阻IIR

滤波器设计，基于MATLAB函数直接设计IIR数字滤波器。本实验中采用双线性变换法变换的巴特沃思数字滤波器。

2.2.1.1巴特沃思低通数字滤波器

(1)选择来自于D盘的“ding.wav”声音作为语音信号（用如下语句调用[x,FS,bits]=wavread('D:\ding.wav')）。

(2)给信号加一个大频率的噪声（取噪声频率远大于语音信号的最大频率），产生污染信号。

(3)设计一个巴特沃思低通滤波器，通带范围包括语音信号，阻带频率设定为小于噪声信号频率。

(4)将设计好的巴特沃思低通滤波器滤除被噪声污染后的语音信号。还原语音信号。

2.2.1.2巴特沃思高通数字滤波器

(1)选择来自于D盘的“ding.wav”声音作为语音信号（用如下语句调用[x,FS,bits]=wavread('D:\ding.wav')）。

(2)给信号加一个小频率的噪声（取噪声频率远小于语音信号的最小频率），产生污染信号。

(3)设计一个巴特沃思高通滤波器，通带范围包括语音信号，阻带频率设定为大于噪声信号频率。

(4)将设计好的巴特沃思低通滤波器滤除被噪声污染后的语音信号。还原语音信号。

2.2.1.3巴特沃思带通数字滤波器

(1)选择来自于D盘的“ding.wav”声音作为语音信号（用如下语句调用[x,FS,bits]=wavread('D:\ding.wav')）。

(2)给信号加一个小频率或大频率的噪声（取噪声频率远小于语音信号的最小频率或大于语音信号的最大频率），产生污染信号。本实验取小频率的噪声信号。

(3)设计一个巴特沃思带通滤波器，通带范围包括语音信号，阻带频率设定为不包括噪声信号频率。

(4)将设计好的巴特沃思带通滤波器滤除被噪声污染后的语音信号。还原语