畢業論文-基于matlab的有噪聲語音信號處理說明書(存儲版)

　　

【正文】 的可以選擇既有工程設計又有專題研究的課題，使學生既能受到工程師的基本訓練，又掌握本專業的基本技能。 (二 )課題應盡可能結合生產、科研和實驗室建設等任務，減少虛擬題目的數量及比重。 《大學畢業論文（設計）任務書》（見附件 3），并提出具體的要求，指定主要參考資料 。 （設計）題目及指導教師的安排，對不合格的題目提出修改意見。 (二 )系職責 （設計）工作領導小組，制定工作計劃和安排。 第五條 對學生的知識面、掌握知識的深度、運用理論知識處理問題的能力、實踐能力、外語水平、計算機運用水平、書面及口頭表達能力等進行一次全面的考核。 對原始語音信號具體程序及運行結果如 本章小結 本章詳細介紹了怎樣通過自己設計的濾波器進行濾波。 title(?濾波后的信號波形 ?,?fontweight?,?bold?)。 grid。 plot(abs(S),?g?)。 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,?s?)。 %求出語音信號的長度 Noise=*randn(n,2)。 函數 fftfilt 用的是重疊相加法實現線性卷積的計算。,39。,39。)。r39。,39。 m11=fft(z11)。s39。bold39。 S=fft(y)。 plot(y)。 18 程序結果如下圖： 0 500 1000 1500 2020 2500 3000 3500 400000 . 20 . 40 . 60 . 811 . 21 . 4IIR 低通濾波器 圖 31 IIR 低通濾 波器 IIR 高通要用 cheby1（即切比雪夫 I 型濾波器）函數來設計， 1p2hp[其中 p；pose（模型）， h（ high） ],同理， 1p2bp 中 b 表示 band（帶通）， FIR 與此類似。 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,?s?)。我們用到的是 cheeby1 函數，其調用格式如下： [B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,?ftypr?) 函數 butter,cheby1 和 ellip 設計 IIR 濾波器時都是默認的雙線性變換法，所以在設計濾波器時只需要代入相應的實現函數即可。 （ 3）按照模擬低通濾波器的技術指標設計及過渡模擬低通濾波器。 （ 2）將所需類型數字濾波器的邊界頻率轉換成相應的模擬濾波器的邊界頻率，轉換公式為Ω =2/T tan( )（式 32） (3)將相應類型的模擬濾波器技術指標轉換成模擬低通濾波器技術指標。 設 計 IIR 濾波器 無論是數字濾波器還是模擬濾波器，他們技術指標的建立都是以所謂的“固有衰減”參數為參照。 設計 FIR 濾波器 如前所述， IIR 濾波器和 FIR 濾波器的設計方法有很大的區別。低通濾波器在信號處理中的 作用等同于其它領域如金融領域中移動平均數（ moving average)所起的作用；低通濾波器有很多種，其中，最通用的就是巴特沃斯濾波器和切比雪夫濾波器。 但 IIR 濾波器和 FIR 濾波器的設計方法完全不同。 FIR 數字濾波器概述 FIR 數字濾波器（ finite impulse response filter） 又名 “有 限脈沖響應數字濾波器 ”， 這類濾波器對于脈沖輸入信號的響應最終趨向于 0，因此而得名。遞歸濾波器，也就是 IIR 數字濾波器，顧名思義，具有反饋，一般認為具有無限的脈沖響 應 。 11 7 . 8 7 . 8 2 7 . 8 4 7 . 8 6 7 . 8 8 7 . 9 7 . 9 2 7 . 9 4 7 . 9 6 7 . 9 8 8x 1 041 0 . 500 . 51加噪語音信號的時域波形0 5 10 15x 1 0401000202030004000加噪語音信號的頻域波形 圖 23 信號加噪時域波形圖與頻譜圖 本章小結 本章介紹了語音信號的采集，信號加白噪聲，加噪后的時域與頻域分析。加噪語音信號的頻域波形 39。bold39。 figure。語音信號添加噪聲及其頻譜分析的主要程序如下： [y,fs,nbits]=wavread(39。 axis([ 0 150000 0 4000])。 subplot(2,1,1)。 MATLAB 提供了快速傅里葉變換算法 FFT 計算 DFT 的函數 fft,其調用格式如下： Xk=fft(xn,N) （式 21） 參數 xn 為被變換的時域序列向量， N 是 DFT 變換區間長度，當 N 大于 xn 的長度時， fft 函數自動在 xn 后面補零。 回放語音信號 得出所設計濾波器在語音處理中的優劣并 設計一個信號處理系統界面。 采樣定理 在進行模擬 /數字信號的轉換過程中，當采樣頻 率 大于信號中，最高頻率 fmax 的 2 倍時，即： =2fmax,則采樣之后的數字信號完整地保留了原始信號中的信息，一般實際應用中保證采樣頻率為信號最高頻率的 5～ 10 倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。 采樣位數 采樣位數即采樣值或取樣值，用來衡量聲音波動變化的參數，是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數字聲音信號的二進制位數。在新的版本中也加入了對 C， FORTRAN， C++ ， JAVA的支持。通過對對所設計濾波器的仿真和頻率特性分析，可 知利用 MATLAB信號處理工具箱可以有效快捷地設計 FIR 和 IIR 數字濾波器。配備了友好的圖形用戶界面 (GUI),方便用戶操作。通過濾波前后的對比，得出低通濾波后效果最好，高通濾波后的效果最差的結果 [3]。 國內同行研究現狀 MATLAB 是 Matrix Laboratory（矩陣實驗室）的縮寫，是 MathWorks 推出的一套高性能可視化軟件，它集數值分析，矩陣運算，函數生成，信號處理，圖像處理，建模與仿真等諸多功能于一體，為使用者提供一個高效的編程工具。隨著 2 MATLAB 軟件及信號處理 工具箱的不斷完善， MATLAB 很快成為應用學科等領域不可或缺的基礎軟件。 FIR濾波器 結構上 主要是非遞歸結構，沒有輸出到輸入的反饋 ， 系統函數 H (z)在處收斂，極點全部在 z = 0處（因果系統） ，因而只能用較高的階數達到高的選擇性。Window function method。課題基于 MATLAB 有噪音語音信號處理的設計與實現，綜合運用數字信號處理的理論知識對加噪聲語音信號進行時域、頻域分析和濾波。利用 MATLAB 信號處理工具箱可以快速有效地設計各種數字濾波器。 Butterworth。數字濾波器種類很多，根據其實現的網絡結構或者其沖激響應函數的時域特性，可分為兩種，即有限沖激響應 ( FIR，Finite Impulse Response)濾波器和無限沖激響應 ( IIR， Infinite Impulse Response)濾波器。 濾波器的設計可以通過軟件或設計專用的硬件兩種方式來實現。 其強大 的數據處理能力可以極大程度上削弱噪聲影響，還原出真實的語音信號（相符度在 90%以上） [2]。其實，這正是干擾所造成的 。利用另外一個工具 Compiler 使編制的 MATLAB 程序能夠獨立運行從而提高了運行速度 。在設計實現的過程中，使用窗函數法來設計 FIR 數字濾波器，用巴特沃斯、切比雪夫和雙線性變法設計 IIR 數字濾波器，并利用 MATLAB 作為輔助工具完成設計中的計算與圖形的繪制。 MATLAB 的基本數據單位是矩陣，它的指令表達式與數學、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優點 ,使 MATLAB成為一個強大的數學軟件。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質量標準。顯然采樣率越高，計算機攝取的圖片越多，對于原始音頻的還原也越加精確。 程序流程圖 圖 21程序流程圖 開始 用 wavread 讀取語音信號，并進行采樣，建立數據文件，并用 plot 畫出數據文件時域波形圖和頻譜圖 利用 MATLAB 中的隨機函數產生噪聲加入到語音信號中，模仿語音信號被污染，并對其進行頻譜分析。 %把語音信號加載入 MATLAB 仿真軟件平臺中 畫出語音信號的時域波形，再對語音信號進行頻譜分析。 %快速傅里葉變換 figure。 title(?原始信號頻譜 ?,?fontweight?,?bold?)。在這里，我們選用 Randn（ m,n）函數。 sound(s)。,39。 title(39。 grid。 IIR 數字濾波器概述 IIR(Infinite Impulse Response)數字濾波器，又名 “無限脈沖響應數字濾波器 ”，或 “遞歸濾波器 ”。 （ 4） 需加相位校準網絡 ： IIR 數字濾波器的相位特性不好控制，對相位要求較高時，需加相位校準網絡。 (3) 利用有限精度算法實現系統函數，包括結構選擇、字長選擇等。低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設備中使用的 hiss 濾波器、平滑數據的數字算法、音障（ acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個工具都通過剔除短期波動、保留長期發展趨勢提供了信號的平滑形式。這些濾波器也可以用低通濾波器 同 高通濾波器 組合來產生 。 （ 4）加窗得到設計結果。具體設計步驟如下： （ 1）確定所需類型數字濾波器的技術指 標。 （ 2）將數字低通濾波器的技術指標轉換成相應的模擬低通濾波器的技術指標。 MATLAB 信號處理工具箱函數 cheblap,cheblord 和 cheeby1 是切比 雪夫 I型濾波器設計函數。 fs=2*Fs*tan(wp/2)。 grid。 subplot(2,1,1)。)。,39。 [n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,39。 sound(z11)。濾波前信號的頻譜 39。 plot(abs(m11),39。bold39。fontweight39。濾波后的信號波形 39。 21 濾波 用自己設計的各濾波器分別對加噪的語音信號進行濾波，在 Matlab 中， FIR濾波器利用函數 fftfilt 對信號進行濾波， IIR 濾波器利用函數 filter 對信號進行濾波。 %IIR 低通 n = length (y) 。 ws=2*pi*Fs/Ft。 subplot(2,2,1)。 axis([ 0 150000 0 4000])。 plot(z11)。低通效果較好，高通其次，帶通最差。 第四條 培養學生從文獻、科學實驗、生產實踐和調查研究中獲取知識的能力，培養學生從事科學研究的興趣，掌握科學研究的基本方法。 （設計）。 (三 )教研室職責 ，提出指導教師名單。 (四 )指導教師職責 （設計）題目確定后，指導教師要及時做好各項準備工作，其中包括擬定任務書，收集資料以及做好實驗的準備工作，制定指導計劃和工作程序。 29 第四章 選題、開題 第八條 選題時應遵循的原則 (一 )課題必須符合本專業 的培養目標及教學基本要求，體現本專業基本訓練的內容，使學生受到全面的鍛煉。 第九條 選題范圍 (一 ) 文、理、管、經、醫 類專業，應以完成畢業論文為主，題目以闡述理論原理和將理論原理應用于某些具體問題的課題為主，也可選擇一些 30 具有一定深度和難度的專題研究課題，使學 生在分析問題方面得到較多的鍛煉。調研和分析后得出的結論及建議要盡可能實現從個別到一般的提升，避免就事論事。 （設計）的學生數 原則上不得超過 10 人。 32 (三 )畢業論文（設計）工作計劃編寫完成后，經指導教師審閱同意后實施。 第六章 撰寫要求 第十四條 畢業論文 (設計 )應重點突出、內容充實，立論正確，論據充分，結構嚴謹，格式規范，結論正確，并要求思想端正、觀點明確、實事求是、文筆通順。 (二 )評閱專家評閱：學生在答辯前 2 周將畢業論文（設計）送評閱專家評閱，評閱專家由答辯委員會聘請。 (二 )答辯工作程序和要求 （設計）任務書、翻譯文章、畢業論文（設計）、畢業設計手冊（藝術類專業）、畢業論文（設計）電子版、設計圖紙、計算機程序及評閱意見等，答辯委員會審定答辯 資格。 第二十條 院 級優秀畢業論文 （設計） ： （ 1）觀點正確，有獨立見解、創新或發現，或有較好的經濟和社會效益； （ 2）能正確、靈活地運用所學基礎理論、專業知識和基本技能，分析和解決問題的能力較強； （ 3）論文寫作結構完整，論據充分，數據詳實，符合學術規范；表達準確，語言流暢，概括能力較強。 （二）文字復制比在 30%70%之間的畢業論文（設計），由指導教師根據檢測