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基于MATLAB的语音信号分析与处理[摘要]语音信号的处理是一门非常重要的学科，如今普遍应用在电话通信、助听器等方面。本次设计主要是为了在MATLAB软件的帮助下处理一段加噪的声音信号，该过程会涉及到采样定理，傅立叶变换等理论和算法在设计过程中的实际应用。在本次设计中，我们关注的是在驱除噪声污染是所需要的滤波器的选择，充分比较各种优缺点后，再利用滤波器来驱除杂音。通过滤波前后的声音的频谱图的比较，来了解滤波器的特性和作用，并得到本次设计的结果。[关键词]:语音信号；MATLAB；傅立叶变换；滤波器目 录摘要Ⅰ1 绪论11.1 课题的研究背景及意义11.1 设计任务12 语音信号处理的基本理论知识12.1 采样频率和采样位数12.2 采样定理12.3 IIR数字滤波器22.4 FIR数字滤波器22.5 IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的比较32.6 倒谱33 语音信号处理和理论方案33.1 语音信号的采集33.2 语音信号的处理43.3 系统框图44 语音信号处理的实例分析.54.1语音文件在MATLAB平台上的录入与打开54.2原始语音信号频谱分析及仿真54.3加噪语音信号频谱分析及仿真84.4去噪及仿真134.5 语音信号的回放184.6结合去噪后的频谱图对比两种方式滤波的优缺点185 总结.196 致谢.19参考文献201绪论1.1课题的研究背景及意义语言是我们人类所特有的功能，它是传承和记载人类几千年文明史，没有语言就没有我们今天人类的文明。语音是语言最基本的表现形式，是相互传递信息最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展；它是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科，因此我们进行语言信号处理具有时代的意义。1.2设计任务本设计先完成语音信号的采集，然后设计低通，带通等滤波器对采集到的语音信号进行滤波处理，分析语音信号各频率段的特性。并对所采集的语音信号加入不同的干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，针对受干扰语音信号的特点设计不同的滤波器，对加噪信号进行滤波，恢复原信号。把原始语音信号、加噪语音信号和滤波后的信号进行时域变换和频域变换，画出它们的时域波形和频域波形图，从视觉角度比较分析滤波的效果。2语音信号处理的基本理论知识2.1采样频率和采样位数采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调，衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确。采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据奎斯特理论，只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。采样位数即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，也是选择音频接口的两个重要标准。无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。每增加一个采样位数相当于力度范围增加了6dB。采样位数越多则捕捉到的信号越精确。2.2 采样定理在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs.max大于信号中，最高频率fmax的2倍时，即：fs.max=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5～10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。 1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式:理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)2.3 IIR数字滤波器IIR(Infinite Impulse Response)数字滤波器，又名“无限脉冲响应数字滤波器”，或“递归滤波器”。递归滤波器，也就是IIR数字滤波器，顾名思义，具有反馈，一般认为具有无限的脉冲响应。IIR滤波器有以下几个特点：（1）封闭函数：IIR数字滤波器的系统函数可以写成封闭函数的形式。 （2）IIR数字滤波器采用递归型结构：IIR数字滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。由于运算中的舍入处理，使误差不断累积，有时会产生