fir濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)處理

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1、摘要MATLAB語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件,然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù),如數(shù)字濾波、傅里葉變換、時(shí)域和頻域分析、聲音回放以及各種圖的呈現(xiàn)等,信號(hào)處理是MATLAB重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。本課程設(shè)計(jì)介紹了基于Matlab的對(duì)語(yǔ)音信號(hào)采集、處理及FIR濾波器的設(shè)計(jì)，并使之實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，用Matlab進(jìn)行數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)處理，并闡述了課程設(shè)計(jì)的具體方法、步驟和內(nèi)容。綜合運(yùn)用本課程的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析以及濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，并

2、利用MATLAB作為工具進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，從而復(fù)習(xí)鞏固課堂所學(xué)的理論知識(shí)，提高對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力，并從實(shí)踐上初步實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理。5關(guān)鍵詞：MATLAB工具信號(hào)語(yǔ)音采集FIR濾波器91課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1.1整體設(shè)計(jì)思路Matlab語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件,它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件,然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù),如數(shù)字濾波、傅里葉變換、時(shí)域和頻域分析、聲音回放以及各種圖的呈現(xiàn)等,信號(hào)處理是Matlab重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。本文是用Matlab對(duì)含噪的的語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行濾波處理和分析。整個(gè)設(shè)計(jì)思路的設(shè)

3、計(jì)原理示意圖如圖1所示：1.2整體實(shí)現(xiàn)過(guò)程1.2.1信號(hào)的采樣采樣器的作用是把連續(xù)信號(hào)變?yōu)槊}沖或數(shù)字序列。圖中示出了一個(gè)連續(xù)信號(hào)f(t)經(jīng)采樣器采樣后變?yōu)殡x散信號(hào)的過(guò)程9圖2連續(xù)信號(hào)f(t)經(jīng)采樣器采樣后變?yōu)殡x散信號(hào)圖中f(t)為被采樣的連續(xù)信號(hào)，S（t）為周期性窄脈沖信號(hào)，fs(t)為采樣后的離散信號(hào)，它用下式來(lái)表征：fs(t)=f(t)s(t)采樣信號(hào)的頻率特性為：如果｜F*(jω)｜中各個(gè)波形不重復(fù)搭接，相互間有一定的距離(頻率)即若即采樣定理可敘述如下：如果采樣周期滿足下列條件，即：式中ωmax為連續(xù)信號(hào)f(t)的最高次諧波的角頻率。則采樣信號(hào)

4、f*(t)就可以無(wú)失真地再恢復(fù)為原連續(xù)信號(hào)f(t)。需要指出的是，采樣定理只是在理論上給出了信號(hào)準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)的條件。我們可以利用windows自帶的錄音機(jī)錄制語(yǔ)音文件，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的采集。（開始—程序—附件—娛樂—錄音機(jī)，文件—屬性—立即轉(zhuǎn)換—98000KHz，8位，單聲道）或其他軟件，將話筒輸入計(jì)算機(jī)的語(yǔ)音輸入插口上,啟動(dòng)錄音機(jī)，錄制一段自己的話音。然后在MATLAB軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。通過(guò)wavread函數(shù)的使用進(jìn)一步理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。圖2是基于PC機(jī)的語(yǔ)音信號(hào)采集過(guò)程:Window

5、s自帶錄音機(jī)WavA/D轉(zhuǎn)換采樣濾波聲卡麥克風(fēng)聲音圖3語(yǔ)音采集過(guò)程1.2.2語(yǔ)音信號(hào)的讀取在matlab軟件平臺(tái)下，利用wavread函數(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。通過(guò)使用wavread函數(shù)，理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。wavread函數(shù)調(diào)用格式y(tǒng)=wavread(file)，讀取file所規(guī)定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。[y,fs,nbits]=wavread(file)，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率（hz），nbits表示采樣位數(shù)。y=wavread（file，N），讀取錢N點(diǎn)的采樣值放在向量y中。y=wavr

6、ead（file，[N1,N2]），讀取從N1到N2點(diǎn)的采樣值放在向量y中。對(duì)語(yǔ)音信號(hào)“l(fā)eo.wav”進(jìn)行采樣其程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('leo.wav')9結(jié)果如下：可知該語(yǔ)音信號(hào)的采樣頻率fs=8000Hz,數(shù)據(jù)位nbits=8Bit。1.2.3語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析首先畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。在Matlab中可以利用函數(shù)fft對(duì)信號(hào)行快速傅里葉變換,得到信號(hào)的頻譜特性，從而加深對(duì)頻譜特性的理解。其程序如下：[y,fs,nbits]=wavread('leo.wav');%把語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加載入M

7、atlab仿真軟件平臺(tái)中sound(y,fs,nbits);%回放語(yǔ)音信號(hào)n=length(y);%求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度Y=fft(y,n);%快速傅里葉變換subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信號(hào)波形');9subplot(2,1,2);plot(abs(Y));axis([018000-2050]);title('原始信號(hào)頻譜')程序結(jié)果如下圖3：附錄2FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)2.1FIR濾波器的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的任務(wù)就是尋求一個(gè)因果穩(wěn)定的線性時(shí)不變系統(tǒng)，并使系統(tǒng)函數(shù)H(z)具有指定的頻率特性。數(shù)字濾波器根據(jù)其沖激響應(yīng)

8、函數(shù)的時(shí)域特性，可分為兩種，即無(wú)限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（IIR）濾波器和有限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（FIR）濾波器。