【2017年整理】语音信号处理课程设计.docVIP

基于MATLAB的数字滤波器设计及其对语音信号的应用 摘要 MATLAB 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件 ,它可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据 ,如数字滤波 、傅里叶变换 、时域和频域分析 、声音回放以及各种图的呈现等 , 信号处理是MATLAB 重要应用的领域之一 。 本课程设计介绍了基于Matlab的对语音信号采集、处理及滤波器的设计，并使之实现的过程。理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，用Matlab进行数字语音信号处理，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。 关键词： MATLAB 工具 信号语音采集 滤波器 课程设计的目的： 1)．掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 2)．掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法； 3)．掌握在Windows环境下语音信号采集以及时域、频域分析； 4)．学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法； 5)．学会用MATLAB对信号进行分析和处理。 课程设计内容： 1)．录制一段自己的语音信号,对录制的信号进行采样； 2)．画出采样后语音信号的时域波形和频谱图; 3)．给定滤波器的性能指标,采MATLAB设计数字滤波器,并画出滤波器的频率响应； 4)．然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化； 5)．回放语音信号。 滤波器设计方法综述： 滤波器的设计原理 设计数字滤波器的任务就是寻求一个因果稳定的线性时不变系统，并使系统函数H(z)具有指定的频率特性。数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。IIR滤波器的特征是，具有无限持续时间冲激响应。这种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间，在工程实际中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现。 滤波器的性能指标 在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。幅度指标主要以两种方式给出。第一种是绝对指标。它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。第二种指标是相对指标。它以分贝值的形式给出要求。在工程实际中，这种指标最受欢迎。对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中人有线性相位。运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：①只包含实数算法，不涉及复数运算；②不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；③长度为N的滤波器（阶数为N-1），计算量为N/2数量级。下面给出了有关滤波器的性能指标 1、 低通滤波器的性能指标：Fp=1000Hz，Fs=1200Hz，As=50dB，Ap=1dB； 2、 高通滤波器的性能指标：Fp=4000Hz，Fs=3500Hz，As=50dB，Ap=1dB； 3、 带通滤波器的性能指标：Fp1=1200Hz，Fp2=3000HZ，Fs1=1000Hz， Fs2=3200Hz，As=50dB，Ap=1dB 1)．直接设计数字滤波器； 数字滤波器是数字信号处理的一个重要组成部分。数字滤波实际上是一种运算过程，其功能是将一组输入的数字序列通过一定的运算后转变为另一组输出的数字序列。 数字滤波器一般可以用两种方法来实现：一种是根据描述数字滤波器的数学模型或信号流图，用数字硬件装配成一台专门的设备，构成专用的信号处理机；另一种方法就是直接利用通用计算机，将所需要的运算编成程序让计算机来执行，这也是用软件来实现数字滤波器。 数字滤波器是离散时间系统，所处理的信号是离散时间信号。一般时域离散系统或网络可以用差分方程、单位脉冲响应以及系统函数进行描述。如果输入、输出服从N阶差分方程 则其系统函数，即滤波器的传递函数为 2)．脉冲响应不变法； 利用模拟滤波器来设计数字滤波器，就是从已知的模拟滤波器传递函数Ha(s)设计数字滤波器的系统函数H(z)。 因此，它归根结底是一个由S平面映射到Z平面的变换，这个变换通常是复变函数的映射变换，为了保证转换后的H(z)稳定且满足技术要求，这个映射变换必须满足以下两条基本要求： (1)因果稳定的模拟滤波器转换成数字滤波器，仍是因果稳定的。即 S平面的左半平