1、毕业设计（论文）材料之二（1）安徽工程大学本科毕业设计（论文）专 业： 电子信息工程专业 题 目： 基于 MATLAB的语音分析 处理系统设计 作 者 姓 名 ： 导 师 及 职 称 ： (讲 师 ) 导师所在单位： 电气工程学院 2014年 6 月 12 日安徽工程大学本科毕业设计（论文）任务书2014 届 电气工程 学院电子信息工程 专业学生姓名： 毕业设计（论文）题目中文：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计英文：Design of Speech Analysis and Processing System Based on Matlab 原始资料1 于振江.一种基于 matlab
2、的语音信号采集与分析系统设计J .科技情报开发与经济 ，2012 年 22 卷 12 期2 陈宇锋.基于声卡和 MATLAB 的语音信号采集和处理 J.中国现代教育装备，2006年 22 卷 5期3 张劲松基于 MATLAB 的语音信号采集和分析系统的可视化设计 J .齐齐哈尔大学 学报 ，2006 年 22 卷 6 期4 徐靖涛，王金根 .基于 MATLAB 的语音信号分析和处理 J.重庆科技学院学报，2008 年 10 卷 1 期5 周玲 .基于的语音信号数字滤波处理J.安庆师范学院学报，2001 年 17 卷 3 期 毕业设计（论文）任务内容1、课题研究的意义语音，作为一种典型的非平稳随
3、机信号，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，在人类文明和社会进步中起着重要的作用。随着电子通信业的出现和计算机技术的发展，人们开始可以从数字信号处理的角度来了解语音。作为高科技应用领域的研究热点，语音信号处理技术从理论的研究到实际应用已经走过了几十个春秋并且取得了长足的进步。它正在直接与办公、交通、金融、保安、商业、旅游等行业的语音咨询与管理等各种实际应用领域相接轨。可见，语音信号处理技术的研究将是一项挑战性的工作。 。2、本课题研究的主要内容：本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理与分析。本论文针对以上问题，运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理，在 matlab7.0环境下综合运
4、用信号提取，幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是在 matlab7.0软件上编写一个处理语音信号语音信号的图形用户界面，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单的语音信号处理分析的目的。3、提交的成果：（1）毕业设计（论文）正文；（2）MATLAB 仿真图和 GUI设计成果；（3）一篇引用的外文文献及其译文；（4）10 篇主要参考文献的题录及摘要。指 导 教 师 （ 签 字 ） 教 研 室 主 任 （ 签 字 ）批 准 日 期接 受 任 务 书 日 期完 成 日 期接 受 任 务 书 学 生 （ 签 字 ）安徽工程大学毕业设计（论文）I基于 MATL
5、AB的语音分析处理系统设计摘 要语音即语言的声音，是语言符号系统的载体。它由人的发音器官发出，负载着一定的语言意义。语言依靠语音实现它的社会功能。语言是音义结合的符号系统，语言的声音和语言的意义是紧密联系着的，因此，语言虽是一种声音，但又与一般的声音有着本质的区别。语音是人类发音器官发出的具有区别意义功能的声音，不能把语音看成纯粹的自然物质；语音是最直接地记录思维活动的符号体系，是语言交际工具的声音形式。语音信号在现实生活中有着广泛的应用，因而对语音信号的分析和处理，让人们更方便的使用语音信号有着很大的意义!语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，是目前
6、发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。 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，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。信号处理是 Matlab重要应用的领域之一。 关键词：Matlab；语音信号；信号处理；图形用户界面 胡钱森：基于
7、 MATLAB的语音分析处理系统设计2IIDesign of Speech Analysis and Processing System Based on MatlabAbstractSpeech is the sounds of language, language is the carrier and symbol system. It is composed of human vocal organs of a certain language sense, load. Language on voice realize its social function. Language is
8、a symbol system which combines sound and meaning, the sounds of language and the meaning of language is closely related, therefore, although the language is one kind of sound, but also with the general voice has essential difference. Speech is the issue of human organs of speech with the functional
9、significance of the difference of sound, is not a natural voice as pure substances; voice is the most direct record of thinking activity is the language symbol system, the form of voice communication tools.The speech signal is widely used in real life, so the analysis and processing of speech signal
10、, let people have a great significance to use the speech signal more convenient!Speech signal processing is studied using the course digital signal processing new technology and phonetic knowledge of speech signal processing, is one of theresearch field of information science rapidly core technology
11、 development at present. Transmission of information through the voice of the exchange of information form of human is the most important, most effective, the mostcommonly used and the most convenient.Matlab language computer application software is a powerful data analysis and processing functions,
12、 it can sound files will be converted into discrete data file, then use their powerful matrix calculation ability of data processing, such as digital filtering, Fu Liye transform, the time domain and frequency domain analysis, sound playback and various graph representation, signal processing with t
13、he analysis of its toolkit provides plenty of function for speech signal analysis, use of these functions can be completed the speech signal processing and analysis and visualization of signals quickly and easily, make human-computer interaction more convenient. Signal processing is one of the impor
14、tant application field of Matlab.Keywords: Matlab；speech signal；signal processing；graphical user interface安徽工程大学毕业设计（论文）III目录引言 1第 1 章 概述 .21.1 毕业设计(论文)内容及研究意义 (价值) 21.2 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势 51.3 毕业设计研究方案及工作计划 .6第 2 章 设计方案论证 .62.1 运行环境 .62.2 语言信号相关调用函数 62.3 设计理论依据 .82.4 语音信号的分语音信号的分析及处理方法 .10第 3 章语音信号的
15、处理分析实例 .103.1 语音信号的采集与读取 113.2 语音信号的定点分析 133.3 数字滤波器的设计实例 14第 4 章 图形用户界面设计 164.1 图形用户界面概念 164.2 图形用户界面设计 174.3 图形用户界面制作 184.4 图形用户界面操作 .19结论与展望 .27致谢 28参考文献 .29附录 A 参考文献主要摘要 30附录 B 外文文献和翻译 32附录 C 主程序 41胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计2IV插图清单图 1-1 语音信号处理流程图4图 1-2 语音信号调整 5图 1-3 语音信号的滤波 5图 3-1 语音信号的读入与打开 10图 3
16、-2 语音信号定点分析 11图 3-3 N阶高通滤波器 12图 3-4 N阶低通滤波器 13图 3-5 带通滤波器 14图 3-6 带阻滤波器 15图 4.1 图形用户界面 17图 4-2 原始信号波形 18图 4-3 原始信号频谱 18图 4-4 原始信号幅度 19图 4-5 原始信号相位 19图 4-6 定点分析 20图 4-7 加噪后信号波形20图 4-8 加噪后信号频谱21图 4-9 加噪后信号幅度21图 4-1 加噪后信号相位 22图 4-11 FIR 滤波后信号波形22图 4-12 FIR滤波后信号频谱23图 4-13 FIR 滤波后信号幅度23 图 4-14 FIR 滤波后信号相
17、位24图 4-15 IIR 滤波后信号波形24图 4-16 IIR滤波后信号频谱25 图 4-17 IIR滤波后信号幅度25 图 4-18 IIR 滤波后信号相位26安徽工程大学毕业设计（论文）- 1 -引言当今世界正处于信息时代，计算机技术、通信技术和电子技术的高速发展，推动人类社会进入了信息社会。因特网和移动通信的普及、电子购物的兴起、多媒体通信及其应用的蓬勃发展，改变了人类生活、工作、娱乐的方式信息的获取、处理、传输、显示和存储，是信息技术研究的主要内容。人类作为社会的主人，一直是接收和发送信息的主体语音,始终是人类互相交流、互相通信的最主要、最方便、最快捷的工具信息载体。因此，语音信号
18、处理正越来越受到人们的关注和广泛的研究。作为高科技应用领域的研究热点，语音信号处理技术从理论的研究到实际应用已经走过了几十个春秋并且取得了长足的进步。它正在直接与办公、交通、金融、保安、商业、旅游等行业的语音咨询与管理等各种实际应用领域相接轨。可见，语音信号处理技术的研究将是一项挑战性的工作。本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题，采用 MATLAB7.0综合运用 GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、fourier 变换及滤波，程序界面简练，操作简便，具有一定的实际应用意义。胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 2 -第 1章 概述1.1
19、毕业设计(论文)内容及研究意义 (价值)1.1.1设计内容本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理与分析。本论文针对以上问题，运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理，在 matlab7.0 环境下综合运用信号提取，幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是在matlab7.0 软件上编写一个处理 语音信号的图形用户界面，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单的语音信号处理分析的目的。本论文主要是在 MATLAB应用软件平台下设计一个简单易用的语音信号的图形用户界面，来解决一般应用条件下的各种语音处理问题。1.1.2 研究意义语音，作为一种典型的非平稳随机
20、信号，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，在人类文明和社会进步中起着重要的作用。随着电子通信业的出现和计算机技术的发展，人们开始可以从数字信号处理的角度来了解语音。语音信号的研究可以从时域和频域两个方面来进行。其中时域的分析处理有两种方法：一种是进行语音信号分析，这属于线性处理的范畴，主要是通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现；另一种是生成和变换成各种调制信号，这属于非线性的范畴，主要是对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法对噪声的抑制。对频域分析处理，即对信号的频率特性在频谱中加以分析研究，这拓展了信号分析的范围，是对不确定信号分析的主要方法。随着计算机技
21、术和信息技术的发展，语音交互已经成为人机交互的必要手段，而语音信号的采集和处理是人机交互的前提和基础。声卡是计算机对语音信号进行加工的重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、AD 和 DA 转换等功能。尽管在Windows 附件的娱乐中带有一个录音机，通过它可以驱动声卡采集语音信号并保存为语音文档。但是要对采集的信号进一步分析处理就必须另外编程或通过其它软件，而且 Windows 附件中的录音机功能极其有限且不能扩展。Matlab 是美国 Math Works 公司推出的一种面向工程和科学计算的交互式计算软件，它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个简单易用的交互式工作环境
22、中。在 Matlab 环境中，可以通过多种编程方法驱动声卡，实现对语音信号的采集和回放。同时由于 Matlab 是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。安徽工程大学毕业设计（论文）- 3 -1.1.3 研究目标本课题的研究目标：通过实践理解书本上有关语音系统分析处理的知识，了解数字信号处理的相关
23、知识内容，增强实践动手能力，锻炼逻辑思维，完成基本的数字滤波器设计，完成GUI图形界面设计，精心完成毕业论文！ 1.2 毕业设计（论文）研究现状和发展趋势1.2.1语音信号处理现状20世纪 60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展。进入 70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC） ，并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法。80
24、年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是 80年代语音信号处理技术的重大发展，目前 HMM 已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中。1.2.2语音信号处理趋势随着信息技术的不断发展，尤其是网络技术的日益普及和完善，语音信号处理技术正发挥着越来越重要的作用，并且出现了一些新的方向。 1.基于语音的信息检索。随着网络技术及数字图书馆技术的发展，针对于传统
25、的基于文本信息的检索技术，基于语音识别的信息检索技术正成为当今的研究热点。 2.基于语音识别的广播新闻的自动文摘技术的研究。由于广播、电视中的发音较为标准规范，识别中避免了说话人发音的不规范，有利于语音识别系统性能的提高。 3.VOIP技术。它是通过 TCP/IP网络，而不是传统的电话网络来传输语音的新的通信方式，通常称为 IP电话技术。它是网络上对压缩的语音数据以及数据包的形式进行传输和识别。随着手机、PDA 等移动电子设备的发展，嵌入式语音识别算法的研究已逐渐成为研究的热点。 4.语音训练与校正技术也是近年来语音信号处理的一个重要方向。现在越来越多的人希望掌握其他非母语语言，以便方便的进行
26、交流。因此语言学习机已成为当今外语学习者的有利工具。 胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 4 -1.3 毕业设计研究方案及工作计划1.3.1 研究方案根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理； 时域信号的 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） ，阐明设计原理。1.3.2工作计划 1.信号采集 采集语音信号，并对其进行 FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图。 2.构造受干扰信号并对其进行 FFT频谱分析 对所采集的语音信号加入干扰噪声，对语音信号进行回放，感觉加噪前后声音的变化，分析原因，得出结论。并
27、对其进行 FFT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，阐明原因，得出结论。 3.数字滤波器设计 根据待处理信号特点，设计合适数字滤波器，绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。 4.信号处理 用所设计的滤波器对含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。画出处理过程中所得各种波形及频谱图。 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，阐明原因，得出结论。 5.设计图形用户界面 设计处理系统的用户界面,在所设计的系统界面上可以选择滤波器的参数,显示滤波器的频率响应,选择信号等。 1.3.3
28、语音信号系统处理流程图1. 语音信号处理流程图：图 1-1信号采集信号提取 信号调整 信号变换信号显示信号滤波安徽工程大学毕业设计（论文）- 5 -图 1-1语音信号处理流程图2. 其中信号调整包括信号的幅度和频率的任意倍数变化：图 1-2图 1-2 语音信号调整3. 信号的滤波采用了四种滤波方式，来观察各种滤波性能的优缺点：图 1-3图 1-3 语音信号的滤波信号滤波高通滤波 低通滤波 带通滤波 带阻滤波信号调整幅度调整频率调整整胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 6 -第 2章 设计方案论证2.1 运行环境硬件环境：处理器 :Inter Core i3-2310M CPU
29、2.10GHz内存 :2G硬盘 ：624G显卡 ：SVGA 显示适配器软件环境：操作系统：Windows 7 32 位系统开发环境主要介绍了本系统采用的操作系统、开发语言操作系统：Windows 7 32 位系统开发环境：Matlab 7.02.2 语言信号相关调用函数2.2.1 Wavread 函数介绍选取一段语音信号，然后在 Matlab 软件平台下，利用 wavread 函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过使用 wavread 函数，理解采样频率、采样位数等概念。 wavread 函数调用格式： y=wavread（file ）读取 file所规定的 wav文件，返回采样
30、值放在响亮 y中。 y,fs,nbits=wavread(file)，采样值放在向 y中，sf 表示采样频率（Hz） ，nbits 表示采样位数。y=wavread（file ，N）读取前 N点的采样值放在向量 y中。 y=wavread（file ，1N,2N）读取从 1N到 2N点的采样值放在向量 y中。对语音信号 nm.wav进行采样其程序如下:y,fs,nbits=wavread(mm.wav);其中:fs=44100;nbits=16;y=wavread（file ，-1,0.9235）;安徽工程大学毕业设计（论文）- 7 -2.2.2其他相关函数1.fft 函数调用在 MATLAB
31、的信号处理工具箱中函数 FFT用于序列快速傅立叶变换, 是离散傅氏变换的快速算法，它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。它对傅氏变换的理论并没有新的 FFT算法图(Bufferfly 算法)发现，但是对于在计算机系统或者说数字系统中应用离散傅立叶变换，可以说是进了一大步。FFT 函数的一种调用格式为： y=fft(x) 其中:x 是序列，y 是序列的 FFT，x 可以为一向量或矩阵，若 x为一向量，y 是 x的FFT。且和 x相同长度。 FFT函数的另一种调用格式为：y=fft(x,N)式中：，y 意义同前，N 为正整数。2.函数 sound的调用
32、函数 sound的调用，该函数的输入参量是音频数据向量、采样频率和转换位数。可以对声音进行回放,其调用格式为:Sound(x,fs,bits) 向量 y则就代表了一个信号，也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。2.3 设计理论依据2.3.1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 大于信号中，最高频率 fmax的 2倍时，即：fs=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 510 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:
33、理想低通信道的最高码元传输速率：B=2W Baud 其中：W 是带宽，理想通道的极限速率：C = B * log2 N ( bps )采样过程所应遵循的规律，又称取样定理、抽样定理。采样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。采样定理是 1928 年由美国电信工程师 H.奈奎斯特首先提出来的，因此称为奈奎斯特采样定理。1933 年由苏联工程师科捷利尼科夫首次用公式严格地表述这一定理，因此在苏联文献中称为科捷利尼科夫采样定理。1948 年信息论的创始人 C.E.香农对这一定理加以明确地说明并正式作为定理引用，因此在许多文献中又称为香农采样定理。采样定理有许多表述形式，但
34、最基本的表述方式是时域采样定理和频域采样定理。采样定理在数字式遥测系统、时分制胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 8 -遥测系统、信息处理、数字通信和采样控制理论等领域得到广泛的应用。2.3.2 采样频率采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲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，衡量声卡采样频率只能用于周期性采样的采样器，对于非周期性采样的采样器没有规则限制。采样频率的常用的表示符号是fs。通俗的讲
35、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，根据奈奎斯特理论，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。2.3.3 采样位数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，
36、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。对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机，44.1kHz 意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其拍照达 441000次。显然采样率越高，计算机摄取的图片越多，对于原始音频的还原也越加精确。2.4 语音信号的分语音信号的分析及处理方法2.4.1语音的录入与打开在 MATLAB 中，y,fs,bits=wavread(Bli
37、p,N1 N2);用于读取语音，采样值放在向量y 中， fs 表示采样频率(Hz) ，bits 表示采样位数。 N1 N2表示读取从 N1 点到 N2 点的值，若只有一个 N 的点则表示读取前 N点的采样值。sound(x,fs,bits)用于对声音的回放，向量 y则就代表了一个信号，也即一个复杂的“函数表达式”，也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。2.4.2时域信号的 FFT分析FFT 即 为 快 速 傅 氏 变 换 ， 是 离 散 傅 氏 变 换 的 快 速 算 法 ， 它 是 根 据 离 散 傅 氏 变 换的 奇 、 偶 、 虚 、 实 等 特 性 ， 对 离 散 傅
38、立 叶 变 换 的 算 法 进 行 改 进 获 得 的 。在 MATLAB的信号处理工具箱中函数 FFT 和 IFFT 用于快速傅立叶变换和逆变换。安徽工程大学毕业设计（论文）- 9 -函数 FFT用于序列快速傅立叶变换，其调用格式为 y=fft(x)，其中，x 是序列，y 是序列的 FFT，x 可以为一向量或矩阵，若 x为一向量，y 是 x的 FFT且和 x相同长度；若x为一矩阵，则 y是对矩阵的每一列向量进行 FFT。如果 x长度是 2的幂次方，函数 fft执行高速基2FFT 算法，否则 fft 执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。函数 FFT 的另一种调用格式 为 y=ff
39、t(x,N)，式中，x，y 意义同前，N 为正整数。函数执行 N点的 FFT，若 x为向量且长度小于 N，则函数将 x 补零至长度 N；若向量 x的长度大于 N，则函数截短 x 使之长度为 N；若 x 为矩阵，按相同方法对 x 进行处理。2.4.3 数字滤波器设计原理数字滤波（digital filtering）：用数字设备，通过一定的算法，对信号进行处理，将某个频段的信号进行滤除，得到新的信号的这一过程叫做数字滤波。数字滤波器可以分为两大部分：即经典滤波器和现代滤波器。经典滤波器就是假定输入信号 x(n)中的有用成分和希望滤除成分分别位于不同的频带，因而我们通过一个线性系统就可以对噪声进行滤
40、除，如果噪声和信号的频谱相互混叠，则经典滤波器得不到滤波的要求。通常有高通滤波器，低通滤波器，带通滤波器，带阻滤波器。现代滤波器是从含有噪声的信号估计出有用的信号和噪声信号。这种方法是把信号和噪声本身都视为随机信号，利用其统计特征，如自相关函数，互相关函数，自功率谱，互功率谱等引导出信号的估计算法，然后利用数字设备实现。目前主要有维纳滤波，卡尔曼滤波，自适应滤波等数字滤波器2.4.4 数字滤波器的设计步骤不论是 IIR滤波器还是 FIR滤波器的设计都包括三个步骤：1.按照实际任务的要求，确定滤波器的性能指标。2.用一个因果、稳定的离散线性时不变系统的系统函数去逼近这一性能指标。根据不同的要求可
41、以用 IIR系统函数，也可以用 FIR系统函数去逼近。3.利用有限精度算法实现系统函数，包括结构选择、字长选择等。2.4.5 IIR滤波器与 FIR滤波器的性能比较FIR:Finite Impulse response，有限冲击响应IIR:Infinite Impulse response，无限冲击响应从性能上来说，IIR 滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方，因此可用较低的阶数获得高的选择性，所用的存贮单元少，所以经济而效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好，则相位非线性越严重。相反的从 FIR滤波器却可以得到严格的线性相位，然而由于 FIR滤波器传输函数的极点固
42、定在原点，所以只能用较高的阶数达到高的选择性；对于同样的滤波器设计指标，FIR 滤波器所要求的阶数可以比 IIR滤波器高 510倍，结果，成本较高，信号延时也较大；如果按相同的选择性和相同的线性要求来说，则 IIR滤波器就必须加全通网络进行相位较正，同样要大增加滤波器的节数和复杂性。胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 10 -第 3章 语音信号的处理分析实例3.1 语音信号的采集与读取语音信号采集与分析是以语音语言学和数字信号处理为基础而形成的一门涉及面很广的综合性学科，与心理学、生理学通信与信息科学计算机科学以及模式识别和人工智能等学科都有着非常密切的关系，对语音信号进行采集
43、与分析的研究一直是数字信号处理技术发展的重要推动力量。这是因为许多新的处理方法的提出，首先是在语音信号处理中获得成功，然后再推广到其他领域!语音信号的分析与处理作为一个重要的研究领域，随着通信技术的发展，语音采集和分析仪器的数字化、智能化、小型化和多功能化的发展越来越快，其分析速度也有了大幅度的提高!下面的一段程序是语音信号在 MATLAB中的最简单表现形式，它实现了语音的读取打开，以及绘出了语音信号的波形频谱图x,fs,bits=wavread(mm.wav,1024 5120);sound(x,fs,bits); X=fft(x,4096);magX=abs(X);angX=angle(X
44、);subplot(221);plot(x);title(原始信号波形);subplot(222);plot(X); title(原始信号频谱);subplot(223);plot(magX);title(原始信号幅值);subplot(224);plot(angX);title(原始信号相位);-200 0 200 400-200-1000100200 位位位位位位0 2000 4000 60000100200300400 位位位位位位0 2000 4000 6000-1-0.500.51 位位位位位位0 2000 4000 6000-4-2024 位位位位位位图 3-1 语音信号的读入与打
45、开安徽工程大学毕业设计（论文）- 11 -3.2 语音信号的定点分析已知一个语音信号，数据采样频率为 100Hz，试分别绘制 N128 点 DFT的幅频图和 N1024 点 DFT幅频图。编程如下：x=wavread(mm.wav);sound(x);fs=100;N=128;y=fft(x,N);magy=abs(y);f=(0:length(y)-1)*fs/length(y);subplot(221);plot(f,magy);xlabel(频率（ Hz）);ylabel(幅值);title(N=128(a);gridsubplot(222);plot(f(1:N/2),magy(1:N
46、/2);xlabel(频率（ Hz）);ylabel(幅值);fs=100;N=1024;y=fft(x,N);magy=abs(y);f=(0:length(y)-1)*fs/length(y);subplot(223);plot(f,magy);xlabel(频率（ Hz）);ylabel(幅值);title(N=1024(c);gridsubplot(224);plot(f(1:N/2),magy(1:N/2);xlabel(频率（ Hz）);ylabel(幅值);title(N=1024(d);grid0 50 10000.51x 10-4位位位Hz位位位N=128(a)0 20 40
47、 6000.51x 10-4位位位Hz位位位N=128(b)0 50 10000.511.5x 10-3位位位Hz位位位N=1024(c)0 20 40 6000.511.5x 10-3位位位Hz位位位N=1024(d)图 3-2 语音信号定点分析胡钱森：基于 MATLAB的语音分析处理系统设计- 12 -3.3 数字滤波器的设计实例3.3.1 N阶高通滤波器在这里，以 5阶为例，其中 wc为其 3dB边缘频率,程序设计如下：x=wavread(mm.wav);sound(x);N=5;wc=0.3;b,a=butter(N,wc,high);X=fft(x);subplot(321);plot(x);title(滤波前信号的波形);subplot(322);pl
