2011秋季课题六语音信号分析系统设计指导书.docVIP

信号与系统课程设计 PAGE 34 PAGE 19 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。 二、课题任务 设计一个简单的语音信号分析系统，实现对语音信号时域波形显示、进行频谱分析，利用滤波器滤除噪声、对语音信号的参数进行提取分析等功能。采用Matlab设计语言信号分析相关程序，并且利用GUI设计图形用户界面。具体任务是： (1)采集语音信号。 (2)对原始语音信号加入干扰噪声，对原始语音信号及带噪语音信号进行时频域分析。 (3)针对语音信号频谱及噪声频率，设计合适的数字滤波器滤除噪声。 (4)对噪声滤除前后的语音进行时频域分析。 (5)对语音信号进行重采样，回放并与原始信号进行比较。 (6)对语音信号部分时域参数进行提取。 (7)设计图形用户界面（实现以上功能）。 三、主要设备和软件 （1）PC机，一台。 （2）Matlab6.5以上版本，一套。 四、设计内容、步骤和要求 4.1必选部分 利用MATLAB软件对语音信号进行频谱分析；并对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。 （1）根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论、阐明设计原理（抽样频率、量化位数的概念，抽样定理；信号的FFT分析；数字滤波器设计原理和方法，各种不同类型滤波器的性能比较）。 （2）对语音信号以不同采样频率进行重采样，回放并与原始信号进行比较（如原语音信号采样频率为16KHz，对其进行8KHz，4KHz的重采样）。 （3）对语音信号做FFT，进行频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。 （4）对语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放（利用sound函数），感觉加噪前后声音的变化。对其做FFT，进行频谱分析，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。 （5）根据带噪语音信号的特点，设计合适的数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。 （6）用所设计的滤波器对带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。记录处理过程中所得各种波形及频谱图。 （7）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。 4．2 拓展部分 利用GUI设计简单的图形用户界面。要求主界面上包括语音文件的显示及播放按钮，滤波器设计时所需参数设置及滤波功能按钮。滤波前后语音信号时域波形及频谱的显示，滤波器幅频特性的显示等功能可包含在主界面中，也可在新建图形窗口中完成。 4.3 选作部分 （1）对语音信号部分时域参数计算。 对语音信号进行分帧，分别对浊音帧和清音帧的短时能量和短时平均过零率等参数进行计算，并对结果进行比较分析。 （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] HYPERLINK /book/search_pub.php?category=01key2=%B3%C2%88%90%B9%E2order=sort_xtime_desc \t _blank 陈垚光. 精通MATLAB GUI设计（第二版）电子工业出版社, 2011.1 [5] 陈后金. 信号分析与处理实验. 高等教育出版社，2006.8 [6] 赵力. 语音