音频信号处理与分析音频信号理与分析处理与分析.doc

课程设计报告 题目：基于matlab的语音信号的采集与分析 学 院信息科学技术学院 系 别 自动化 专业班级 自动化2班 学生姓名 娄颖楷 指导教师 宁树实 张旗 提交日期 2014年11月28日 目 录 一、设计目的 1 二、设计要求和设计指标 1 三、设计内容 1 3.1设计原理 2 3.1.1 信号的采集与分析 2 3.1.2 叠加高频噪声 2 3.1.3 设计滤波器并滤掉噪声信号 2 3.2 实验结果与分析 3 四、本设计改进和建议与不足 5 五、总结 5 六、主要参考文献 5 附录 6 一、设计目的 音频信号分析和处理，就是用计算机对音频信号进行频谱分析和处理，以达到预期的目的。本课程设计旨在引导学生进一步了解、熟悉音频信号分析和处理的相关理论后，并进行综合性训练，其目的是： 1 回顾信号分析和处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法； 2 增强应用 Matlab 编写应用程序及分析、解决实际问题的能力； 3 用所学的内容解决实际工程问题，培养工程实践能力。 利用MATLAB对音频信号进行数字信号处理和分析，要求采集音频信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。 要求利用MATLAB来读入（采集）语音信号，将它赋值给某一向量。再将该向量看作一个普通的信号，对其进行FFT变换实现频谱分析，再依据实际情况对它进行滤波。然后通过sound命令来对语音信号进行回放，以便在听觉上来感受声音的变化。 1 信号采集 采集语音信号，并对其进行FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。 2 构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析 对所采集的语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放，感觉加噪前后声音的变化，分析原因，得出结论。并对其进行FFT频谱分析，比较加噪前后语音信号的波形及频谱，对所得结果进行分析，阐明原因，得出结论。 3 数字滤波器设计 根据待处理信号特点，设计合适数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。 4 信号处理 用所设计的滤波器对含噪语音信号进行滤波。对滤波后的语音信号进行FFT频谱分析。画出处理过程中所得各种波形及频谱图。 对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行频谱分析，阐明原因，得出结论。 Figure1为原始信号的时域图，figure2为原始信号的频率响应图，figure3为原始信号的频谱图。 Figure4，figure5以此为原始信号叠加噪声之后的时域图和频率响应图。由figure5可见，叠加噪声后，3000hz附近幅值突然变大，为噪声干扰。 Figure9为巴特沃斯滤波器的原理图，滤波范围为2000~4000hz。Figure10，figure11为滤波前后信号的时域图和频率响应图。可以看出滤波后原来3000hz附近的幅值明显变小，噪声信号被滤掉。但是原始信号本身也发生了变化，所以滤波对原始信号也会造成一定的影响。 本设计改进建议与不足 由于Windows7自带的录音机软件录音后保存的文件为wma格式，需进行格式转换才能被matlab读取，而且录音音量太小，影响实验效果。所以本次设计中的wav文件采用了我自己通过外置声卡录制的音乐文件。 可能是由于滤波器设计过程中参数设计不准确，噪声信号无法完全滤掉，而且滤波器对原始信号的相关频率也会产生一定影响，在将来可以尝试不同类型的滤波器以达到效果。 五、总结 本次课程设计让我了解了数字信号处理领域中语音信号处理的方法，以及对模拟信号的采集与数字化，滤波器的原理，滤波过程都有了实质性的认识。并且对matlab的功能有了更全面的了解。与此同时也反映了一些理论知识方面的不足，导致在噪声信号的滤波过程中没能把噪声信号完全滤干净。同时，程序设计的过程中也应更加仔细，如在将原始信号和噪声信号叠加的过程中应注意两个矩阵的维数应该一致。 六、主要参考文献 [1] 杨毅明数字信号处理机械工业出版社 2012年?．[2] 李秀霞《数字信号处理》国防工业出版社 2013年 [3] 张高记 罗朝霞 《数字滤波器的matlab和PFGA实现》陕西 西安邮电学院 附录： clc clear %原始语音信号 fs=22050; [x,fs,Nbits]=wavread(D:\matlab7\work\a.wav); t=0:1/fs:(length(x)-