1、湖南工程學院數字信號處理課程設計課 程 設 計 報 告課程名稱 數字信號處理 課題名稱 數字濾波器處理語音信號 專 業 通信工程 班 級 學 號 姓 名 指導教師 胡瑛 張細政 2013年 9月 8日湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 數字信號處理 課 題 數字濾波器處理語音信號 專業班級 通信 學生姓名 學 號 指導老師 胡瑛 張細政 審 批 任務書下達日期 2013 年 9月 1 日任務完成日期 2013 年 9月 8日 目 錄1、 課題的主要功能···········

2、·············································1 1.1問題描述···

3、83;·················································

4、83;·····11.2功能要求···········································&

5、#183;···············12、 課題的功能模塊劃分································

6、····················13、濾波器實現原理····························&#

7、183;····························23.1 矩形窗設計低通濾波器···················

8、;···························23.2 哈明窗設計低通濾波器····················&#

9、183;·························33.3 矩形窗設計帶通濾波器······················

10、;························33.4 哈明窗設計帶通濾波器·······················&#

11、183;······················34、程序調試··························&

12、#183;····································45、總結············&#

13、183;·················································&#

14、183;····96、附件············································

15、83;······················97、評分表··························

16、83;·····································16 1課題的主要功能1.1問題描述語音信號處理是研究用數字信號處理技術和語音學知識對語音信號進行處理的新興學科，是目前發展最為迅速的學科之一，通過語

17、音傳遞信息是人類最重要，最有效，最常用和最方便的交換信息手段，所以對其的研究更顯得尤為重要。 在現實生活中，純凈的語音信號很難存在，所以我們就得依賴于一定的實驗設備將夾雜在純凈的語音信號中的噪音信號把它給處理掉，剩下純凈的語音信號，這樣的話，我們的聲音在另一方聽起來就不會產生失真。Matlab語言是一種數據分析和處理功能十分強大的計算機應用軟件，它可以將聲音文件變換成離散的數據文件，然后用起強大的矩陣運算能力處理數據。在Matlab語言環境下，我們就得要自己設計濾波器，將我們自己的語音信號中的雜音去除，留下我們自己的語音信號。1.2 功能要求一首先對語音信號進行采集和頻譜分析，在頻譜

18、不失真的情況下，必須注意采樣頻率一定要滿足奈奎斯特定律，即取樣頻率一定要大于2倍的信號最大頻率，在實驗中我們的語音信號一般是在50HZ至3400Hz之間，所以采用的采樣頻率采用8000Hz。二利用矩形窗和哈明窗設計正確的低通、帶通四種濾波器進行濾波處理，四種濾波器必須能夠有效地濾掉雜音信號而保留有效地語音信號。三語音信號經過濾波器濾波處理后，雜音有所減少，效果變的更好，而且通過濾波器之后的頻譜應與先前的語音信號頻譜相似。2、課題的功能模塊的劃分制作對含有噪音信號的語音信號的濾波器，首先自己要先錄制一段自己的語音信號，再就是給這些純凈的語音信號自己加噪音，可以加單頻的噪音，可以是多頻，也可以加高

19、斯白噪聲，再就是自己設計幾種濾波器，將加進去的各種噪聲濾掉，最后通過濾波器的語音信號時頻譜圖與先前的時頻譜相對比，看看是否有很大的區別，如果沒有太大的區別，那就說明你自己設計的濾波器是正確的。原始語音信號噪音信號加噪后的語音信號矩形窗設計低通濾波器哈明窗設計低通濾波器矩形窗設計帶通濾波器哈明窗設計帶通濾波器濾波出后的語音信號濾后信號與原始信號比較圖2.1 功能模塊圖3、濾波器實現的原理一矩形窗設計低通濾波器設計濾波器主要求出濾波器的的頻率響應函數H，下面的為設計濾波器的主要原理：（1）確定數字濾波器的參數：在用矩形窗設計數字低通濾波器時，首先我們的確定濾波器的參數，參數的設定是由我們自己的語音

20、信號決定的，由于我們的語音信號的頻率范圍為50Hz至3400Hz之間，所以我們設定濾波器的通帶頻率wp=0.6*pi，阻帶截止頻率為ws=0.7*pi，這兩個參數可以在實現最佳濾波時進行調整，（2）求出數字濾波器的階數N：wdelta=ws-wp，N=ceil(4*pi/wdelta) wdelta表示濾波器的帶寬，由于矩形窗的帶寬為4*pi/N,再調用Matlab中的ceil函數取整求出N的值。（3）求出濾波器的單位脈沖響應：調用b=fir1(N,Wn,ftype,window)函數，當ftype=high時，設計高通FIR濾波器；當ftype=stop時，設計帶阻濾波器。Wn為通帶與阻帶的

21、中心頻率，即wn=（ws+wp）/2。其中N必須為偶數，當輸入的階次N為奇數時，fir1函數會自動將階數加1，window長度為n+1，如不指定window參數，則fir1函數采用hamming窗。（4）求出頻率響應函數：調用freqz函數H,f=freqz(b,1,512,fs)，返回頻率響應函數H，其中fs為抽樣頻率，b為先前的單位脈沖響應。二哈明窗設計低通濾波器哈明窗設計低通濾波器與矩形窗設計低通濾波器原理相似，只是在求波波器的單位脈沖響應調用firl函數時，函數里面的參數ftype應當為lowpass，在windows參數里面應當設置為hamming，即保證是hamming窗設置的低通

22、濾波器，再一個就是求階數N時，需注意hamming窗的帶寬為8*pi/N。三矩形窗設計帶通濾波器（1）設計帶通濾波器時，一樣先確定帶通濾波器的參數，由帶通濾波器的圖像可以知道，我們要設計兩個截止頻率，兩個通帶頻率，在這里我們將這些參數設置為wsl=0.01*pi，wpl=0.03*pi，wpu=0.85*pi，wsu=0.65*pi，這里的wsl為第一個阻帶截止頻率，wpl為第一個通帶截止頻率，wsu為第二個通帶截止頻率，wpu第二個為阻帶截止頻率。（2）第二步與矩形窗設計低通濾波器相似，只是wdelta= wpl-wsl，再調用ceil函數求出N的值。（3）類似與前面的濾波器設計，只是再調用

23、firl函數，函數里面的參數ftype應當為bandpass，在windows參數里面應當設置為boxcar，即保證是矩形窗設置的是帶通濾波器。（4）第四步與矩形窗設計低通濾波器一樣。四哈明窗設計帶通濾波器6、附件代碼:%矩形窗設計數字低通濾波器x1,fs,bits=wavread('f:/b');%sound(x1,fs,bits);y1=fft(x1,32768);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);Title('原始語音信號時域波形');subplot(2,1,2)plot(abs(y1);title('原始語音信號頻譜

24、')N=length(x1)-1;t=0:1/fs:N/fs;d=0.8*cos(2*pi*5000*t)'x2=x1+d;%sound(x3,fs,bits);figure(2)subplot(2,1,1)plot(x2)title('加單頻余弦信號的語音信號時域波形')y2=fft(x2,32768);subplot(2,1,2)plot(abs(y2);title('加單頻余弦信號的語音信號頻譜') wp=0.6*pi;ws=0.7*pi; wdelta=ws-wp; N=ceil(4*pi/wdelta); Wc=(ws+wp)/2 b=

25、fir1(N,Wc/pi,'low',boxcar(N+1); H,f=freqz(b,1,512,fs); figure(3)subplot(1,1,1),plot(f,20*log10(abs(H)title('矩形窗設計數字低通濾波器');xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/dB');grid on;y3=fftfilt(b,x2,fs); figure(4)y4=fft(y3,32768);subplot(2,1,1)plot(y3);title('濾波后的信號時域波形');subplot

26、(2,1,2)plot(abs(y4);title('濾波后的信號頻譜')sound(y3,fs,bits);%矩形窗設計數字帶通濾波器x1,fs,bits=wavread('f:/b');%sound(x1,fs,bits);y1=fft(x1,32768);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);title('原始語音信號時域波形');subplot(2,1,2)plot(abs(y1);title('原始語音信號頻譜')N=length(x1)-1;t=0:1/fs:N/fs;d=0.8*cos(2*

27、pi*5000*t)'x2=x1+d;%sound(x2,fs,bits);figure(2)subplot(2,1,1)plot(x2)title('加單頻余弦信號的語音信號時域波形')y2=fft(x2,32768);subplot(2,1,2)plot(abs(y2);title('加單頻余弦信號的語音信號頻譜') wsl=0.01*pi;wpl=0.03*pi;wpu=0.85*pi;wsu=0.65*pi; B=wpl-wsl; N=ceil(4*pi/B); wp=(wsl+wpl)/2,(wpu+wsu)/2; b=fir1(N,wp/pi

28、,'bandpass',boxcar(N+1); H,f=freqz(b,1,512,fs); figure(3)subplot(1,1,1),plot(f,20*log10(abs(H)title('矩形窗設計數字帶通濾波器');xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/dB');grid on;y3=fftfilt(b,x2,fs); %給出濾波器的輸出figure(4)y4=fft(y3,32768);subplot(2,1,1)plot(y3);title('濾波后語音信號時域波形');subp

29、lot(2,1,2)plot(abs(y4);title('濾波后語音信號頻譜')sound(y3,fs,bits);%哈明窗設計數字低通濾波器x1,fs,bits=wavread('f:/b');%sound(x1,fs,bits);y1=fft(x1,32768);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x1);title('原始語音信號時域波形');subplot(2,1,2)plot(abs(y1);title('原始語音信號頻譜')N=length(x1)-1;t=0:1/fs:N/fs;d=0.8*co

30、s(2*pi*5000*t)'x2=x1+d;%sound(x3,fs,bits);figure(2)subplot(2,1,1)plot(x2)title('加單頻余弦信號的語音信號時域波形')y2=fft(x2,32768);subplot(2,1,2)plot(abs(y2);title('加單頻余弦信號的語音信號頻譜') wp=0.6*pi;ws=0.7*pi; wdelta=ws-wp; N=ceil(8*pi/wdelta); Wc=(ws+wp)/2 b=fir1(N,Wc/pi,'low',hamming(N+1); H,

31、f=freqz(b,1,512,fs); figure(3)subplot(1,1,1),plot(f,20*log10(abs(H)title('哈明窗設計數字低通濾波器');xlabel('頻率/Hz');ylabel('振幅/dB');grid on;y3=fftfilt(b,x2,fs); %給出濾波器的輸出figure(4)y4=fft(y3,32768);subplot(2,1,1)plot(y3);title('濾波后的信號時域波形');subplot(2,1,2)plot(abs(y4);title('濾波后的語音信號頻譜