2015秋季课题六语音信号分析系统设计指导书.docVIP

课题三 语音信号处理系统设计 本课题的目的 本设计课题主要研究语音信号初步分析的软件实现方法、滤波器的设计及应用。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几个目的： (1)了解Matlab软件的特点和使用方法。 (2)掌握利用Matlab分析信号和系统的时域、频域特性的方法； (3)掌握数字滤波器的设计方法及应用。 (4)了解语音信号的特性及分析方法。 (5)通过本课题的设计，培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 （2）Simulink仿真 进行基于Simulink的动态仿真设计。实现复杂音或者语音信号的分析。给出系统的基于Simulink的动态建模和仿真的系统方框图，同时记录系统的各个输出点的波形和频谱图。 注： （1) 录制语音信号可以采用Windows附件中的录音机。在MATLAB中可以采用命令“wavrecord”来进行录音。 （2）在MATLAB中打开语音文件可以调用wavread函数，生成.wav文件可以调用wavwrite函数，播放语音可以调用sound函数。 （3) 录制语音文件不要太长。 五、课程设计报告要求 （1）设计报告书包括内容：课程设计题目，课程设计目的和意义，设计方案，详细设计步骤，设计结果（原理图等），测试和仿真结果（图形或数据）及其分析，其它有明确要求的设计内容，结论，参考文献等。 （2）提交课程设计报告时应同时提交相关设计和仿真分析材料（程序、结果等）的电子版。 六、参考文献 [1] 高西全.数字信号处理（第三版）.西安电子科技大学出版社，2008.8 [3] 吴大正. 信号与线性系统分析（第四版）. 高等教育出版社，2005.8 [4] 陈垚光设计原理附录：设计原理 1.信号的抽样与恢复 利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，在满足抽样定理条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且从抽样信号中可以无失真的恢复出原始信号。 抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础。抽样过程关系到通信设备整个系统的性能指标。 信号的抽样软件实现 例：利用MATLAB实现对信号的抽样。程序如下： t0=0:0.001:0.1; x0=cos(2*pi*20*t0); plot(t0,x0,’r’) %绘制原始信号 hold on Fs=100; T=0:1/Fs: 0.1; x= cos(2*pi*20*t); stem(t,x); hold off 信号恢复的软件实现 信号重建是信号抽样的逆过程，需要在抽样点之间“插入”一些细节，也就是在样点之间进行内插。即内插函数为，得到的重建信号记为，则有 （1-1） 信号是否为x(t)的重建取决于对x(t)的抽样是否正确。如果不满足抽样定理的约束条件，出现频谱混叠，将无法从样点序列准确地重建x(t)。 2. 滤波器设计 2.1 模拟滤波器设计原理 （1）的范围内，具有最平幅度的响应，而在后，幅频响应迅速下降。 巴特沃思低通滤波器幅度平方函数为： (2-1) 式中N为滤波器阶数，为3dB截止角频率。将幅度平方函数写成s的函数： (2-2) 该幅度平方函数有2N个等间隔分布在半径为的圆上的极点， 为了形成稳定的滤波器，取左半平面的N个极点构成，即： (2-3) 为使设计统一，将频率归一化，得到归一化极点，相应的归一化系统函数为： (2-4) 多项式形式为： (2-5) （） (2-6) ε为小于1的正数，表示通带内幅度波动的程度。Ωp称为通带截止频率。令λ=Ω/Ωp，称为对Ωp的归一化频率。CN(x)为N阶切比雪夫多项式。幅度平方函数的极点是分布在bΩp为长半轴，aΩp为短半轴的椭圆上的点。同样取s平面左半平面的极点构成： (2-7) 进行归一化，得到： (2-8) 其中 ， 2.2 模拟滤波器数字化原理 将模拟滤波器转化为数字滤波器在工程上常用的有脉冲响应不变法和双线性变换法。 脉冲响应不变法时一种时域上的转换方法，它是数字滤波器的单位取样响应在抽样点上等于模拟滤波器的单位冲激响应，即： (2-9) 设模拟滤波器只有单阶极点，其系统函数为： (2-10) 对进行拉氏反变换得到，对进行等间隔抽样，得到，对进行Z变换，得到数字滤波