基于matlab的語音信號濾波處理40論文41［精選整理］-wenkub

　

【正文】 的問題。然而，這些數字濾波器都是一些人們的 早期研究。 MATLAB 軟件的介紹 MATLAB 是由美國 MathWorks 公司推出的用于圖形處理和數值計算的數學計 3 算 環境。 1984 年開始發行它的第一版 （ DOS 版本 ） ，而后經過 10 多年的不斷完善和改進，版本不斷升級 ，其功能越來越豐富，工具也越來越豐富，因此它應用的范圍也越來越廣發。 。 ，基本上不做 什么 修改就可以 運行 在各種型號的計算機和操作系統上。 的一項特色 是擁有功能強大的工具箱。 論文各章節的安排 第一章 介紹了數字信號處理的發展趨勢和所用的的開發軟件 MATLB。 第五章 介紹了本人對這次畢業設計的總結和展望未來數字濾波器的發展。 自 1965 年圖基 （ ） 和庫力 ()在 書名為 《計算機數學》（ ,Vol,)雜志上發表了著名的 一篇 《機器計算傅里葉級數的一種算法》論文后，桑德 （ G..Sand） 圖基等快速傅里葉算法 的 相繼出現， 在 人們 的不斷 進行改進 和不斷完善 ， 便 很快形成 了 一套高效運算方法， 從而才有了 我們現在的快速傅里葉變換，簡稱 為 FFT（ Fast Fourier Transform） 。 (2)“組”概念：每一級都有 N/2 個蝶形單元，例如： N=16,則每級都有 8個蝶形單元。如圖 所示 FFT 算法基本上分為兩大類：時域抽取法 FFT（ DecimationInTime FFT,簡稱 DITFFT） 和頻域抽取法 FFT（ DecimationInFrequency FFT,簡稱 DIFFFT） 。 ）（）（）（）（ kk)r(xrx 2k1120rrk 2/2k120r 2/1XWXWWWkX NNNNNrkN ???? ?????? （ ） 這里應該看到 1()Xk, 2()Xk只有 /2N 個點，即 0,1, , / 2 1kN??。 一個 N 點 DFT 可以 分解為兩個 /2N 點 DFT，每一個 /2N 點 DFT 只需22( / 2) / 4NN? 次復數乘法 以及 / 2( / 2 1)NN? 次復數加法。由因此 ，通過這樣分解后 ，它的 運算工作量 至少 節省了一半。 1。(1)2( ????? Nrrxrxrxrx ? 則其 DFT 可化為兩部分： 9 前半部分： )(2)(1)( kXWkXkX kN?? 12/,0 ?? Nk ? 后半部分： )(2)(1)2/( kXWkXNkX kN??? 代入 DFT 中 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?)(2)(1)12()2()() rxD F TrxD F TrxD F TrxD F TnxD F TkX ??????（ 12/,0 ?? Nr ? （ 2） 代入 DFT 變換式： kNrkNNrNrrkNkrNNrNrrkN WWrxWrxWrxWrxkX )()(2))((1)12()2() 212/012/02)12(12/012/02 ???? ????????? ?????（2/2/2222 NNjNjN WeeW ??? ?? ?? （ 3） 求出子序列的 DFT： 12/1,0)()()()() 212/12/ 0 212/ 0 2/1 ?????? ?? ???? NkkXWkXWWrxWrxkX kNkNrkNN rN r rkN ?（ 12/,0,)12()()()2()()(12/012/02/2/2212/012/02/2/11??????????????? ?? ????????? NkWrxWrxkXWrxWrxkXNrNrrkNrkNNrNrrkNrkN?其中： （ ） （ 4）由上面的公式我們可以知道： 一個 N 點的 DFT 被分解為兩個 /2N 點 DFT。 由于 2NL? ，因此 /2N 仍為偶數，依照上面 的 方法 可以 進一步把每個 /2N點子序列，再按輸入 n 的奇偶分解為兩個 /4N 點的子序列， 再按 這種方法不斷劃分下去，直 到最后剩下的是 2 點 DFT，兩點 DFT 實際上只是加減運算。采樣頻率是指錄音設備在一秒鐘內對聲音信號的采集次數，采樣頻率越高，聲音的還原就越真實越自然。采樣位數越多則捕捉到的信號越精確。C:\代碼 \39。)。信號頻譜分析是將信號源發出的信號強度按頻率順序展開，使其成為頻率的函數，并考察變化規律，稱為頻譜分析。其程序如下 clear clc [x1,Fs,bits]=wavread(39。 %對信號進行分列處理 (單聲道處理 )，前面表示所有行 ,后面表示取單列 n1=length(y1)。 %創建繪圖窗口 12 plot(t1,y1)。 %橫坐標命名 ylabel(39。原始音樂信號時域圖 39。 %做 length(x1)點的 FFT plot(ftemp,fftshift(abs(y1)))。 grid on。 其程序如下： N=length(x1) %計算音頻信號的長度 noise=*randn(N,2)。 %對 n點進行傅里葉變換到頻域 f=Fs*(0:n/21)/n。加噪語音信號時域波形 39。) ylabel(39。 %加噪語音信號的頻譜圖 title(39。頻率 Hz39。)。 Bt=ws1wp1。 %長度為 N1 的矩形窗 Window b1=fir1(N21,wc1,39。 %對信號進行低通濾波 figure(5)。信號經過高通濾波器（頻域） 39。 plot(ftemp,fftshift(abs(z1)))。 如圖 和 所示 14 圖 噪音信號的頻譜圖 圖 疊加信號的頻譜圖 15 第三章 數字濾波器的設計 數字濾波器 的設計原理 濾波器分為模擬濾波器和數字濾波器。 、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 特別是在數據壓縮和圖像處理等方面取得了非常大的成就。數字濾波器 用來對信號進行過濾、檢測與參數估計等處理 ,在通信、圖像、語音、雷達等許多領域都有著十分廣泛的應用。 FIR 線性相位濾波器的原理如下 : 設 )10)(( ??? mnnh 是長度為 m 的線性相位濾波器的脈沖響應，它的系統函數為： ? ??? ?? ????? ?? 10 10 1)1( )()()( mn mn nmmn znhzznhzH 它的頻率響應函數為： ????? ???? ??? ?? ，10 )()( mn jj enheH 它具有一個線性相位約束： ??????? ?????? ? ，)( jeH 其中， ??? ，或 2/0 ?? 為一個常數。 3型線性相位 FIR 濾波器 : / 2,m???? 為奇數 , )(nh 以點 ( 1)m? 為中心反對稱 。 (2) IIR 數字濾波器采用遞歸型結構 — 結構上帶有反饋環路。通過根據指標寫出模擬濾波器的公式以及通過一定變換，可以將模擬濾波器轉換為數字 濾波器的公式。 用窗函數法設計 FIR 數字濾波器 窗 函數設計法是一種通過截短和計權的方法使無限長非因果序列成為有限長脈沖應響應序列的設計方法。窗函數的類型可以根據最小阻帶衰減 As 獨立選擇，原因是因為窗口長度 N的大小對最小阻帶衰減 As 幾乎 沒有影響。 (2) 根據待求濾波器的理想頻率響應求出理想單位脈沖響應 hd（ n） ，如果給出基于窗 函數法的 FIR 數字低通濾波器設計。 通常上述的幾點難以同時滿足。C:\代碼 \39。 wc1=(wp1+ws1)/2/pi。 %長度為 N1 的矩形窗 Window b1=fir1(N1,wc1,Window)。低通濾波器的頻率響應 39。)。 Bt=ws1wp1。 %長度為 N1的矩形窗 Window b1=fir1(N21,wc1,39。 freqz(b1,1,512)。 wp1=2*pi*3205/fs。 Bt=wp1ws1。 %長度為 N1的矩形窗 Window b1=fir1(N31,wc,Window)。帶通濾波器的頻率響應 39。這樣就使 Z 平面與 S 平面對應的 建立了 單 值關系， 也就是說，消除了多值變換性就 代表著 消除了頻譜混疊現象，映射關系如圖 所示。 首先 ,把 z=ejω， 可得 ???????????? ?? jTjeeTs jj 2t a n2112 ??? （ ） 即 S 平面的虛軸映射到 Z平面的單位圓。 本文只對巴特沃斯濾波器進行設計。 wp=2*3800/Fs。 [n,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As,39。s39。 [b,a]=butter(Nd,wdc)。其信號經過低通濾波器程序： [x1,Fs,bits]=wavread(39。 wp1=2*pi*3800/Fs。 N1=ceil(*pi/Bt)。 %對信號進行低通濾波 figure(9)。信號經過低通濾波器（頻域） 39。C:\代碼 \語音播放 \低通 .wav39。 將信號通過 4000HZ 的高通濾波器后，因為只剩下高頻段的信號了，我們可以明顯發現其聲音與原始信號的聲音相比聲音比較刺耳，讓人聽著感覺難受。 N=length(x1)。 Bt=ws1wp1。 %長度為 N1的矩形窗 Window b1=fir1(N21,wc1,39。 %對信號進行高通濾波 ftemp=[N/2:N/21].*Fs/N。)。)。)。 %帶通濾波器的通帶范圍 ws1=2*pi*3000/Fs。 N3=ceil(*pi/Bt)。 %對信號進行高通濾波 figure(9)。信號經過帶通濾波器（頻域） 39。C:\代碼 \語音播放 \帶通 .wav39。C:\代碼 \39。 Rp=3。)。 [Bz,Az]=bilinear(B,A,Fs)。 z2= filter(b,a,x1)。 title(39。 如圖 所示： 圖 加噪語音信號的濾波處理 在以上 的程序中，我們已對原始信號進行了加噪處理 (其加雜的是 4000HZ 28 以后的高頻成分 )，所以我們現在要想把語音信號進行還原，則必須要通過4000HZ 的低通濾波器對其進行濾波處理，然后我們就可以得到與原信號無限逼近的語音信號，通過以下程序，我們可以看到其頻譜圖與原信號頻譜圖幾乎一樣，聲音頻率也很相似。 wc1=(wp1+ws1)/2/pi。 %長度為 N1 的矩形窗 Window b1=fir1(N1,wc1,Window)。 plot(ftemp,fftshift(abs(fft(z2))))。 grid on。)。通過本次實驗，讓我更加了解MATLAB 這款軟件和數字濾波器的設計。 因此， 數字信號處理技術已經是電子信息學科中值得并且必須研究的知識。 本文通過具體的語音信號濾波與分析的過程，充分說明在 MATLAB 環境中，數字濾波器的設計已經變得異常簡單和高效率，并且結果更為穩定、可靠。 此次 畢業設計不僅僅是對我所學知識的全面考驗，也是對自己辦事能力和精神毅力的全面考驗。 在論文完成之際，我的心情萬分激動。只有真正理解了知識的關鍵所在，才能將它們靈活運用在實際生活當中。 30 參考文獻 [1] 李素芝 , 萬建偉 . 時域離散信號處理 [M]. 長沙：國防科技大學出版社，1994. [2] 吳鎮揚 . 數字信號處理的原理與實現 [M]. 南京：東南大學出版社， 1998. [3] 程佩青 . 數字信號處理教程 [M]. 北京：清華大學出版社， 2021. [4] 樓順天 , 李博菡 . 基于 MATLAB 的系統分析與設計 信號處理 [M]. 西安：西安電子科技大學出版社， 1998. [5] 英格爾（ Ingle. V. K） . 數字信號處理 :應用 MATLAB[M]. 北京：清華大學出版社， 2021. [6] 張力材 . 數字信號處理 [M]. 北京：高等教育出版社， 2021. [7] 張葛祥 , 李娜 . MATLAB 仿真與應用 [M]. 北京：電子工業出版社， 2021. [8] 劉敏 , 魏玲 . MATLAB 通信仿真與應用 [M]. 北京：電子工業出版社， 202