西南科技大学
课程设计报告
课程名称：数字通信课程设计
设计名称：音频信号的谱分析及去噪
姓名：杨帆
学号: 20077497
班级：通信0702
指导教师：肖有平
起止日期：2010.6.28-2010.7.9
西南科技大学信息工程学院制
课程设计任务书
学生班级：通信0702学生姓名：杨帆学号：20077497
设计名称：音频信号的谱分析及去噪
起止日期：2010.6.28-2010.7.9指导教师：肖有平
设计要求
基本要求：
●录制一段音频（如歌曲，说话声等），采用Matlab工具对此音频信号用FFT作
谱分析。
●录制一段加入噪声的音频（如在歌声中加入尖锐的口哨声或者其他噪声），采用
Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析。
●选择合适的指标，设计FIR数字滤波器，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除。
扩展要求：
●将处理后的音频信号重新生成.wav文件，收听该音频，根据效果调整滤波器指
标重新设计滤波器。
说明：
●录制音频信号可以采用Windows附件中的录音机，在Matlab中打开音频文件可
以调用wavread函数，生成.wav文件可以调用wavwrite函数。
●设计FIR数字滤波器可以采用matlab函数或者工具箱中FDA工具。
课程设计学生日志
时间设计内容
2010.6.29 查阅资料
2010.6.30 学习参考资料
2010.7.1 确定设计方案
2010.7.2 程序：录制语音信号，采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析2010.7.3 程序：调用语音信号并且加入尖叫声，两者进行叠加产生新的音频信号
2010.7.4 程序：选择合适的指标，设计FIR数字滤波器2010.7.5 编写调试程序，验证设计结果
2010.7.6 撰写报告
课程设计考勤表
周星期一星期二星期三星期四星期五
课程设计评语表指导教师评语：
成绩：指导教师：
年月日
音频信号的谱分析及去噪
一．设计目的和意义
通过本课程设计的学习，复习所学的专业知识，并使课堂学习的理论知识应用于实践，为完成方向设计以及毕业设计任务打下基础。掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。本次设计将有助于学生对音频信号的谱分析及提取有更深入的了解。掌握Matlab设计FIR数字滤波器的方法。熟悉MATLAB在数字信号处理中的运用。二．设计原理
1.语音信号的调用
利用录音软件cool edit进行录音。录音结束后，以文件名为“FIRST”保存到C:\MATLAB6.5\work中。产生出音频文件之后，通过其他软件使文件转换为.WA V格式，这是Windows操作系统规定的声音文件存储标准。
Matlab软件平台下，可以利用wavread函数对语音信号进行采样。
Wavread函数调用格式：
y=wavread(file) %读取File所规定的Wav文件，返回采样值放在向量y中。
y=wavread(file,[N1 N2]);用于读取语音，采样值放在向量y中，[N1 N2]表示读取从N1点到N2点的采样值（若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值）放在向量y 中。
[y,fs,bits]=wavread(file) %采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），bitsb表示采样位数。
sound(y,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。
语音信号采样如下：
[x,fs,bits]=wavread('FIRST.wav');
sound(x,fs,bits);
2、FIR滤波器原理
1、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。本次设计的滤波器需要对叠加有噪声的语音信号滤除或者减弱噪声
数字滤波器从实现的网络结构或者从单位冲激响应分类，可以分成无限长单位冲激响应（IIR）数字滤波器和有限长单位冲激响应（FIR）数字滤波器。
2、函数fftfilt
函数fftfilt的调用格式为y=fftfilt(b,x)。该格式是利用基于FFT的重叠相加法对数据进行滤波，这种频域滤波技术只对FIR滤波器有效。该函数是通过向量b描述的滤波器对x数据进行滤波。x是等待滤波的信号；b是FIR滤波器的H(z）的分子多项式系数。
3、关于用butter函数求系统函数分子与分母系数的几种形式。
（1）[b,a]=butter(N,wc,'high'):设计N阶高通滤波器，wc为它的3dB边缘频率。（2）[b,a]=butter(N,wc):当wc为具有两个元素的矢量wc=[w1,w2]时，它设计2N阶带通滤波器。
[b,a]=butter(N,wc,'stop'):若wc=[w1,w2]，则它设计2N阶带阻滤波器，。
如果在这个函数输入变元的最后，加一个变元“s”，表示设计的是模拟滤波器。
为了设计任意的选项巴特沃斯滤波器，必须知道阶数N和3dB边缘频率矢量wc。这可以直接利用信号处理工具箱中的buttord函数来计算。如果已知滤波器指标wp ，ws ，Rp 和As ，则调用格式为 [N,wc]=buttord(wp,ws,Rp,As)
不同类型（高通、低通、带通和带阻）滤波器对应的Wp和Ws值遵循以下规则：
1．高通滤波器：Wp和Ws为一元矢量且Wp>Ws；
2．低通滤波器：Wp和Ws为一元矢量且Wp 3．带通滤波器：Wp和Ws为二元矢量且Wp 三．设计步骤 1.调用录制的语音音频信号，采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析 [x1,fs,bits]=wavread('FIRST.wav'); %读取音频信号 sound(x1,fs,bits); %播放音频信号 y1=fft(x1,4096); %做傅里叶变换，函数执行4096点的FFT。figure(1) plot(x1) %做原始语音信号的时域图形 title('原始语音信号'); xlabel('时间 n'); ylabel('幅值 n'); figure(2); subplot(1,1,1); plot(abs(y1(1:512))) %做原始语音信号的FFT频谱图 title('原始语音信号FFT频谱') 图1 录制的语音音频（1号音频）信号 2.调用语音信号和尖叫声叠加的音频信号，采用Matlab工具对此音频信号用FFT作谱分析 [x2,fs,bits]=wavread('SECOND.wav'); %调用2号语音信号 sound(x2,fs,bits); %播放2号语音信号 y2=fft(x2,4096); %作傅里叶变换，函数执行4096点的FFT。figure(1) plot(x2) %做叠加语音信号的时域图形 title('叠加语音信号'); xlabel('时间 n'); ylabel('幅值 n'); figure(2); subplot(1,1,1); plot(abs(y2(1:512))) %做叠加语音信号的FFT频谱图 title('原始语音信号FFT频谱') 图2 语音信号叠加尖叫音频信号（2号音频文件）的波形 3.选择合适的指标，设计FIR数字滤波器，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除X2=wavread('SECOND.wav'); %调用2号语音信号 N=5;wc=[0.3,0.6]; %滤波器的阶数 [b,a]=butter(N,wc); %设计butter窗函数滤波器 y=fftfilt(b,x2); Y=fft(y,4096); figure(3) sound(y,fs,bits); subplot(211);plot(y);title('滤波后信号的波形'); subplot(212);plot(abs(Y));title('滤波后信号的频谱'); 图3 滤波后得到的信号的波形及其频谱 四．设计结果分析 在调试程序时，可以从信号滤波前后的波形图以及频谱图上看出变化。或者也可以用sound()函数来播放滤波后的语音，从听觉上直接感受语音信号的变化，但由于环境噪声的限制，某些情况下我们是很难听出异同的，但是此次程序的语音信号在滤波前后变化明显。图1为录制的语音音频（1号音频）信号，无干扰能够通过MATLAB正常播放。图2为语音信号叠加尖叫音频信号（2号音频文件）的波形，能够明显听出噪音。前两个语音信号听得很清楚，可以直观的听出两个信号的不同，第三个信号即处理后的信号声音很小，仔细听后可以听出相对第二个信号已有了明显的变化。 五．设计心得 因为这次设计是在期末考试之后的原因，设计时间比较紧张，设计过程也比较粗糙。一开始看到题目的时候，只有一个初步的了解，知道自己应该往哪方面去做。但是在做的时候发现，在设计FIR滤波器的时候遇到了很大的障碍，完全无从下手。通过思考后发现，滤波器的模型网上有很多，但是参数确没有办法确定。认真去看课本和到图书馆找相关书籍，认真仔细的去理解FIR滤波器原理以及网上用窗函数编写的FIR滤波器，由于时间比较紧迫最后只能能够大概的了解了网上用窗函数设计的FIR滤波器。 之前在录制语音信号的时候遇到了如何产生WAV格式语音的问题，在网上查找相关 资料后已经得到解决，同时在调用语音信号上也遇到了困难，在查找了相关资料后，才知道原来MATLAB自带调用语音文件的函数，查阅相关格式后进行调式，在这一步遇到的困难不是很大。 通过本次课程设计，让我认识到，虽然自己的课程设计相对要简单些，但是对于设计中存在的问题一定要学会查阅资料，其实在网上就有很多关于设计的资料，这次课程的一部分就是从网上借鉴而来的，虽然是借鉴，但是同样需要知道每一个程序每一个过程的意义。课程设计的关键就是在于学习，对于这次课程设计我认为自己学到了很多也掌握了很多自己以前没有掌握的知识。 六．参考资料 [1] 刘树棠译.信号与系统（第二版）.西安交通大学出版社.2006.5 [2] 郑阿奇.MATLAB实用教程.电子工业出版社，2007 [3] 网络.https://www.doczj.com/doc/e34206712.html,/Technology/EDA/200804/19926.html [4] 网络.https://www.doczj.com/doc/e34206712.html,/dizhen/word/chap7.htm [5] 程佩青.数字信号处理教程(第三版).清华大学出版社,2007.2 关于开关电源音频噪声处理的一点经验 最近看到论坛很多人在问关于音频噪声的问题，刚好本人以前也有碰到不少同样的情况，也有做过笔记，现在翻出来整理下，希望对一些碰到该问题网友有帮助。 音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的，能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号 主要有以下几种来源： 一：变压器产生的音频噪声 变压器是主要的音频噪声源。 1：磁致伸缩效应，磁芯材料的尺寸随磁通密度变化 3：磁芯中间存在的气隙，可使磁芯吸引力方向产生弯曲。 2：线圈移动，绕组间存在交变电流效应，产生吸引力和排斥力，使线圈反复移动 4：磁芯两部分在交流磁场中的相互吸引力使其产生移动，反复压迫接触面 5：骨架移动，磁芯片的位移可通过骨架传送和放大。 在以上几种移动源共同作用下，形成了比较复杂的机械系统，它能产生在人耳听力范围内的音频信号。 以下简单讲解能有效衰减各种机制产生的音频噪声的常见方法。 首先变压器要采用均匀浸渍，从而能有效填充线圈与线圈之间、线圈与骨架之间、骨架与磁芯之间的固有空隙，降低活动部件发生位移的可能性，必要时可以再磁性元件与线路板接触面填充白胶或喷涂三防漆，进一步减小机械振动的空间，有效降低噪声。 在条件允许的情况下尽量降低峰值磁通密度，要充分考虑高温时的饱和磁通密度，留足够余量防止工作曲线进入非线性区，可以有效降低变压器的音频噪声，有实验证明峰值磁通密度从3000高斯降为2000高斯即可将发出的噪音降低5 dB到15dB 条件允许可以使用非晶、超微晶合金等软磁材料，它们的磁均匀一致性远比一般铁氧体好得多，磁致伸缩效应趋于零，因此对应力不敏感 二：电容产生的音频噪声 通常为了抑制电磁干扰和减小器件电压应力，开关电源一般采用RC、RCD等吸收电路,吸收电容常常选用高压陶瓷电容，而高压陶瓷电容是由非线性电介质钛酸钡等材料制成，电致伸缩效应比较明显，在周期性尖峰电压的作用下，电介质不断发生形变从而产生音频噪声。 解决的方法是把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应很小的聚脂薄膜电容，这样可以基本消除电容产生的噪声。 三：电路振荡产生的音频噪声 当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时，会引起线圈磁芯间歇式振动，当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时，易引发共振现象，此时将产生人耳所能听到的音频噪声。 电路振荡产生的原因有很多，下面简单讲解： 1：PCB设计不当 实验三音频信号的分析与处理1 一、实验目的 1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方 法； 2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法； 3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法； 4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理 的方法； 5.锻炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学 生创新能力。 二、实验性质 设计性实验 三、实验任务 1.音频信号的采集 音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号，但必须保证音频信号保存为.wav的文件。 2.音频信号的时域、频域分析 运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。 3.引入干扰信号 在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号的情况而定）。 4.滤波系统的设计 运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。 % 音频信号分析与处理 %% 打开和读取音频文件 clear all; % 清除工作区缓存 [y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件 VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形 clear y; % 清除缓存 hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHz T = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度 %% 绘制时域分析图 hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]); t = T: T: (SampLen* T); subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形 plot(t, VoiceWav); % 绘制波形 title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]); xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题 %% 傅里叶变换 subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换 title('单声道频谱振幅'); % 显示标题 xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('|Y(f)|'); play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音 pause(3); %% 引入100KHz的噪声干扰 t = (0: SampLen-1)* T; noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1V hFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]); subplot(2, 1, 1); % 绘制波形 plot(t(1: 1000), noise(1: 1000)); title('100KHz噪声信号'); % 显示标题 noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面 hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 [fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot'); title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题 play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音 pause(3); 数字信号处理实验二：语音信号分析与处理 学号 姓名 注：1）此次实验作为《数字信号处理》课程实验成绩的重要依据，请同学们认真、独立完成，不得抄袭。 2）请在授课教师规定的时间内完成； 3）完成作业后，请以word 格式保存，文件名为：学号+姓名 4）请通读全文，依据第2及第3 两部分内容，认真填写第4部分所需的实验数据，并给出程序内容。 1. 实验目的 (1) 学会MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法 (2) 掌握在windows 环境下语音信号采集的方法 (3) 掌握MATLAB 设计FIR 和IIR 滤波器的方法及应用 (4) 学会用MATLAB 对语音信号的分析与处理方法 2. 实验内容 录制一段自己的语音信号，对录制的语音信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图，确定语音信号的频带范围；使用MATLAB 产生白噪声信号模拟语音信号在处理过程中的加性噪声并与语音信号进行叠加，画出受污染语音信号的时域波形和频谱图；采用双线性法设计出IIR 滤波器和窗函数法设计出FIR 滤波器，画出滤波器的频响特性图；用自己设计的这两种滤波器分别对受污染的语音信号进行滤波，画出滤波后语音信号的时域波形和频谱图；对滤波前后的语音信号进行时域波形和频谱图的对比，分析信号的变化；回放语音信号，感觉与原始语音的不同。 3. 实验步骤 1）语音信号的采集与回放 利用windows 下的录音机或其他软件录制一段自己的语音（规定：语音内容为自己的名字，以wav 格式保存，如wql.wav ），时间控制在2秒之内，利用MATLAB 提供的函数wavread 对语音信号进行采样，提供sound 函数对语音信号进行回放。 [y,fs,nbits]=wavread(file), 采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率nbits 表示采样位数。Wavread 的更多用法请使用help 命令自行查询。 2）语音信号的频谱分析 利用fft 函数对信号进行频谱分析 3）受白噪声干扰的语音信号的产生与频谱分析 ①白噪声的产生： N1=sqrt （方差值）×randn(语音数据长度，2)（其中2表示2列，是由于双声道的原因） 然后根据语音信号的频谱范围让白噪声信号通过一个带通滤波器得到一个带限的白噪声信号 N2； 带通滤波器的冲激响应为： h B （n ）= ))((sin ))((sin 1122απ ωπωαπωπω---n c n c c c c c 课程设计任务书 学生姓名：苗强强专业班级：电信1204 指导教师：阙大顺沈维聪工作单位：信息工程学院 题目: 程控宽带放大器的设计 初始条件： 程控宽带放大器是电子电路中常用模块，在智能仪器设备及嵌入式系统中有广 泛的应用。因此对于电子信息专业的技术人员来说，熟练掌握该项技术很有必要。 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体 要求） （1）输入阻抗>1KΩ,单端输入，单端输出，放大器负载电阻为600Ω； （2）3dB通频带10kHz~6MHz，在20kHz~5MHz频带内增益起伏<1dB。 （3）增益调节范围10 dB~40 dB，（通过键盘操作调节）。 （4）发挥部分：当输入频率或输出负载发生变化时，通过微处理器自动调节，保持 放大器增益不变。 （5）电路通过仿真即可。 时间安排： 1. 任务书下达，查阅资料 1天 2. 制图规范、设计说明书讲解 2天 3. 设计计算说明书的书写 5天 4. 绘制图纸 1天 5. 答辩 1天 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位，FIR数字滤波器和IIR滤波器是滤波器设计的重要组成部分。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器，并利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。 关键词数字滤波器 MATLAB IIR滤波器 FIR滤波器 题目名称：音频信号分析仪（A题） 华南理工大学电子与信息学院参赛队员：陈旭张洋林士明 摘要：本音频信号分析仪由32位MCU为主控制器，通过AD转换，对音频信号进行采样，把连续信号离散化，然后通过FFT快速傅氏变换运算，在时域和频域对音频信号各个频率分量以及功率等指标进行分析和处理，然后通过高分辨率的LCD对信号的频谱进行显示。该系统能够精确测量的音频信号频率范围为20Hz-10KHz，其幅度范围为5mVpp-5Vpp，分辨力分为20Hz和100Hz两档。测量功率精确度高达1%,并且能够准确的测量周期信号的周期，是理想的音频信号分析仪的解决方案。 关键词：FFT MCU频谱功率 Abstract:The audio signal analyzer is based on a32-bit MCU controller,through the AD converter for audio signal sampling,the continuous signal discrete,and then through the FFT fast Fourier transform computing,in the time domain and frequency domain of the various audio frequency signal weight and power,and other indicators for analysis and processing,and then through the high-resolution LCD display signals in the spectrum.The system can accurately measure the audio signal frequency range of20Hz-10KHz,the range of5-5Vpp mVpp,resolution of20Hz and100Hz correspondent.Power measurement accuracy up to1%,and be able to accurately measuring the periodic signal cycle is the ideal audio signal analyzer solution. Keyword:FFT MCU Spectrum Power 开关电源产生噪声的原因与解决方案 从数据中心的服务器到电信设备和工业系统，开关模式电源（SMPS）用于各种应用，因为它具有高效率，功率密度和低成本的快速瞬态响应等优点。 此外，为了通过更严格的新监管标准，电源产生的EMI必须保持低于以往的水平。 实际上，这些电源的开关频率会产生许多不同类型的噪声。之前有人认为它们是由开关频率引起的高频噪声的开关噪声开关转换，开关转换后振铃，以及在一个系统中运行的多个开关稳压器引起的拍频。 这里我们将研究开关稳压器和DC/DC转换器产生的这些不同类型的噪声，并讨论解决方案，包括滤波技术，以减少和最小化开关SMPS电源中的噪声。 SMPS噪声 根据Dostal，主要噪声类型是由开关频率产生的开关噪声供应。他说，通常，对于非隔离式DC/DC转换器，此噪声的频带在500 kHz和3 MHz之间。 但是，由于它取决于开关频率，因此可以使用低通滤波器轻松控制和滤除。开关噪声会产生输出纹波电压，如图1所示。可以使用无源LC低通滤波器或有源低通滤波器轻松滤除。 图1：由开关稳压器的开关频率引起的输出纹波电压（顶部）。使用LC滤波器的衰减纹波电压显示在底部。 然而，在我们进入滤波器设计之前，让我们更详细地检查输出纹波电压。 如公式1所示，开关稳压器的输出纹波电压可以通过电感电流纹波精确计算，电感电流纹波基于电感的实际电感值，开关转换器的输入和输出电压，开关频率（fSW）和输出电容（COUT））包括其等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。 根据ADI的开关转换器数据手册，在电感选择方面存在一些折衷。例如，小电感器以较大的电感器电流纹波为代价提供更好的瞬态响应，而大电感器以较慢的瞬态响应能力为代 大学本科毕业设计论文 基于MATLAB的有噪声语音信号处理 摘要 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位,FIR数字滤波器和IＩR 滤波器是滤波器设计的重要组成部分。Matｌａｂ功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。特别是Matlab还具有信号分析工具箱,不需具备很强的编程能力,就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。利用ＭATＬＡＢ信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MAＴLAB 有噪音语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论,再利用MＡTLAB作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中，使用窗函数法来设计FＩR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIＲ数字滤波器，并利用MATLＡB作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析，可知利用ＭＡＴLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器，过程简单方便，结果的各项性能指标均达到指定要求。 关键词?数字滤波器；MATＬＡB；窗函数法；巴特沃斯; 切比雪夫; 双线性变换 Abｓtｒａｃt ?Filｔeｒdesiｇｎin ｄｉgｉtal sｉgnal proｃeｓsiｎｇplａysａn eｘtre ｍeｌｙiｍportａnt rｏle, FIR digital filtｅrs ａｎd IIR filter is an importａn ｔpaｒt of filter design.Matlab is ｐowｅrful,easy to ｌｅaｒn,pｒｏgｒａmming eｆfiｃieｎcｙ，which wａs wｅlcomｅd bｙthｅmajority oｆsc ｉentistｓ. Matlab alsｏhaｓ a particuｌar signaｌaｎalysis tｏolbｏx，it need notｈaｖe stronｇprｏgraｍminｇｓkiｌls can be easily signal anａlyｓiｓ, proｃesｓｉng aｎd design. Usｉng MATＬAB Signal Ｐroｃessing Toolbｏx can ｑｕickly anｄeｆficieｎtly design ａｖariｅtｙof digｉtaｌｆiltｅrs. ＭＡTLAB ｂaseｄon the noｉse issｕｅｓｐeech sｉｇnal processing deｓｉgn and ｉｍｐlｅmｅｎtation of digｉtal sｉgｎaｌprocessｉｎg inｔegrated use of ｔhe thｅoｒｅｔical knｏwlｅdge oｆtｈe ｓｐeecｈsｉｇｎal pｌus noiｓe, tｉme domaiｎ, frequencｙｄoｍaiｎanalysis ａnｄfiltering. Theｃorreｓponｄinｇresｕlts ｏbtａineｄthrougｈtheｏｒeticaｌｄerｉｖatｉon, ａnd thｅn use MATＬAB as a pｒogramｍing tooｌfor compuｔer iｍｐlementation．Iｍpleｍenｔｅd iｎthe desｉgn process，usinｇtｈｅｗindｏw function methoｄｔｏｄesiｇn FIR digiｔal fｉｌteｒs wｉｔh Butｔｅｒwortｈ, Chebyshev anｄbilinear Reｆｏｒm IIR dｉgｉtal filter dｅｓign ａｎd use ｏｆMATLAB ａs ａｓupplemenｔary tｏｏl to cｏｍｐｌete thｅcalculation and graphｉc dｅsiｇn Ｄrａwiｎg. Throughｔｈｅsimulａtion of ｔｈｅdesigned filter aｎd the fｒｅｑuenｃy anａlysis shoｗs thaｔuｓｉｎｇMatｌabＳｉｇnal Processing Toolbox can qｕickly and easily dｅsign digiｔal fｉlters FIR anｄIIR，the ｐroceｓｓis sｉｍple aｎd coｎvenｉent, the reｓuｌts of the perfｏrmaｎce iｎdｉcａtｏrs to ｍｅｅｔｔhe spｅｃｉfieｄrｅqｕirｅｍents. ? Kｅywｏrｄs: diｇiｔａl filｔer; ＭAＴLAB；Chebysｈev；Buttｅrｗｏrth； 系（院）物理与电子工程学院专业电子信息工程题目语音信号的处理与分析 学生姓名 指导教师 班级 学号 完成日期：2013 年5 月 目录 1 绪论.............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1课题背景及意义................................................................................. 错误!未定义书签。 1.2国内外研究现状................................................................................. 错误!未定义书签。 1.3本课题的研究内容和方法................................................................. 错误!未定义书签。 1.3.1 研究内容................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.2 开发环境................................................................................ 错误!未定义书签。 2 语音信号处理的总体方案............................................................................ 错误!未定义书签。 2.1 系统基本概述.................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2 系统基本要求与目的........................................................................ 错误!未定义书签。 2.3 系统框架及实现................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3.1 语音信号的采样.................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.2 语音信号的频谱分析............................................................ 错误!未定义书签。 2.3.3 音乐信号的抽取.................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.4 音乐信号的AM调制.............................................................. 错误!未定义书签。 2.3.5 AM调制音乐信号的同步解调............................................... 错误!未定义书签。 2.4系统设计流程图................................................................................. 错误!未定义书签。 3 语音信号处理基本知识................................................................................ 错误!未定义书签。 3.1语音的录入与打开............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2采样位数和采样频率......................................................................... 错误!未定义书签。 3.3时域信号的FFT分析......................................................................... 错误!未定义书签。 3.4切比雪夫滤波器................................................................................. 错误!未定义书签。 3.5数字滤波器设计原理......................................................................... 错误!未定义书签。 4 语音信号实例处理设计................................................................................ 错误!未定义书签。 4.1语音信号的采集................................................................................. 错误!未定义书签。 如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波？ 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量； 它主要有以下害处： 1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 2、降低了电源的效率； 3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压 =10mv/12V=0.12 %； 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关 摘要 (2) 1 设计目的与要求 (3) 2 设计步骤 (4) 3 设计原理及内容 (5) 3.1 理论依据 (5) 3.2 信号采集 (6) 3.3 构造受干扰信号并对其FFT频谱分析 (8) 3.4 数字滤波器设计 (9) 3.5 信号处理 (10) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 用MATLAB对语音信号进行分析与处理，采集语音信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析;并对所采集的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，恢复原信号。 数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测和参数估计等处理。IIR数字滤波器最大的优点是给定一组指标时，它的阶数要比相同组的FIR滤波器的低的多。信号处理中和频谱分析最为密切的理论基础是傅立叶变换（FT）。离散傅立叶变换（DFT）和数字滤波是数字信号处理的最基本内容。 关键词：MATLAB;语音信号；加入噪声；滤波器；滤波 1. 设计目的与要求 （1）待处理的语音信号是一个在20Hz~20kHz频段的低频信号 （2）要求MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，在MATLAB平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器进行滤除噪声，恢复原信号。 2. 设计步骤 （1）选择一个语音信号或者自己录制一段语音文件作为分析对象； （2）对语音信号进行采样，并对语音信号进行FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图； （3）利用MATLAB自带的随机函数产生噪声加入到语音信号中，对语音信号进行回放，对其进行FFT频谱分析； （4）设计合适滤波器，对带有噪声的语音信号进行滤波，画出滤波前后的时域波形图和频谱图，比较加噪前后的语音信号，分析发生的变化； （5）对语音信号进行回放，感觉声音变化。 龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/e34206712.html, 基于STM32的音频信号分析设计与实现 作者：梁方舟李金泉黄训磊王玉花 来源：《现代电子技术》2014年第01期 摘要：基于ARM Cortex?M3内核的32位处理器STM32F103和快速傅里叶变换（FFT）算法实现了音频信号频谱的分析。整个系统由前级信号调理、A/D采样电路、CPU运算电路和LCD显示电路等组成。实验表明，系统能够检测20 Hz～10 kHz范围内的频率成份并显示 音频信号频谱，该方案成本低，具有一定的应用价值。 关键词：音频信号； FFT； STM32；基?4时间抽取 中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）01?0019?03 音频信号分析应用于音频制作、信号分析等领域，如音频设备的研发与生产、低频信号的综合分析等。本设计利用频谱分析原理来分析被测音频信号的频率、频谱，传统的频谱分析方法有扫频法、数字滤波法。采用STM32实现快速傅里叶变换（FFT）设计方案，通过FFT把被测的音频信号由时域信号转换为频域信号，将其分解成分立的频率分量。 1 系统设计 音频信号通过前级信号处理电路放大和滤波及模数转换，经STM32进行FFT运算后获得信号的频谱，单片机控制A/D转换器实时采集信号，频谱在液晶屏扫描显示。单片机采用ST 公司的低功耗STM32F103ZET6 32位单片机，其内部含有3个12位16通道A/D转换模块和2个12位D/A转换模块。系统框图如图1所示。 1.1 信号调理与采集 设计思想：为满足输入信号较大的动态范围，必须在信号进行A/D转换前进行合理的处理，使其在A/D量化范围内达到量化精度最高，该方法相当于AD位数的增加。本设计要求输入信号幅度范围（峰?峰值）为0.01 mV～10 V，即100 dB的输入信号动态范围。设定ADC 芯片的最小输入信号峰?峰值为500 mV，再设定ADC的输入动态范围为20lg（10 V/500 mV），即26 dB，故需要5路放大电路，每一路放大倍数固定，分别为62 400，8 000，400，20，1倍。由于设计小信号放大的增益较大，放大器的选择尤为关键，根据影响放大器输出的主要参数：运放的增益带宽积、噪声电压密度、噪声电流密度、失调电流和失调电压等，选择TI公司生产的运放OPA637，该运放增益带宽积约800 MHz，输入换算电压噪声密度为[4.5 nVHz，]输入偏置电流2 pA，输入失调电压130 μV。具体电路如图2所示。 图1 系统框图 开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点：体积小，重量轻，效率高等等，但开关电源会产生电磁干扰，尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。 通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知，一般有以下四项指标不合格。 CE01100Hz～15KHz电源线传导发射。 CE0315KHz～50MHz电源线传导发射。 RE0125Hz～50KHz磁场辐射发射。 RE0214KHz～10GHz电场辐射发射。 2开关电源电磁干扰产生原因分析 开关电源按主电路型式可分为全桥式，半桥式，推挽式等几种，但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感，并经它传递到其他电子设备中产生干扰。图1是一种最简单的开关电源主电路型式，直流变换式它激单边型开关电源，以此为例分析开关电源的噪声来源。 交流电输入开关电源后，由桥式整流器V1～V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波，其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声，形成电磁干扰。 （1）高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路，可能 会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。如图1中的I1 。 （2）高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会 产生空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上向外传导。如图1中的I2 。 （3）高频变压器的初级和次级间存在分布电容Cd，初级的高频电压通过这些分布电 容将直接耦合到次级上去，在次级的二条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二根线对地阻抗不平衡，还会转变成差模噪声。 （4）输出整流二极管V6会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷 积累，二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流，二极管由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感，分布电容，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。 DSP系统课程设计 音频信号多种类型噪声滤波分析与处理任课老师：钱满义 学院：电信学院 班级： 姓名： 学号： 142 同组成员班级： 同组成员姓名： 同组成员学号： 142 2017年4月20日 目录： 设计背景 (3) 设计要求 (5) 设计思路及原理 (6) 设计思路 (6) 设计原理 (8) Matlab实验 (10) 噪声类型分析过程 (10) 噪声滤除方法 (13) Matlab仿真过程 (14) Matlab结果分析总结 (28) DSP设计程序运行及结果 (28) 运行结果 (28) 运行结果分析 (32) 滤波算法程序段 (33) 设计过程中遇到的问题及解决方法 (36) DSP设计感想 (37) 参考文献 (39) 设计背景 随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为如今一门极其重要的学科和技术领域。数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。数字信号处理（DSP）包括两重含义：数字信号处理技术（Digital Signal Processing）和数字信号处理器（Digital Signal Processor）。数字信号处理（DSP）是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法、对信号进行采集、滤波、增强、压缩、估值和识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的，其应用范围涉 及几乎所有的工程技术领域。 在信号处理中，滤波就显得非常重要。在数字信号处理过程中，经常需对信号进行过滤、检测、预测等处理，这些任务的完成都要用到滤波器。数字滤波器是数字信号处理的基本方法。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类:无限冲激响应( IIR)滤波器和有限冲激响应(FIR)滤波器。FIR 滤波器是有限长单位冲激响应滤波器，在结构上是非递归型的。它可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确严格的线性相位。所以FIR 数字滤波器广泛地应用于数字信号处理领域。 音频信号(audio)是带有语音、音乐和音效的有规律的声波的频率、幅度变化信息载体。音频信号在信号采集、传输、处理等过程中常受到多种类型噪声的干扰，主要包含环境噪声、电子线路噪声、电源噪声等等。为了恢复原来的音频信号，常需要设计音频信号滤波算法用于抑制或者滤除音频信号中的噪声。 工程设计论文 题目：基于MATLAB的语音信号采集与处理 姓名： 班级： 学号： 指导老师： 一.选题背景 1、实践意义： 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在于方便有效地提取并表示语音信号所携带的信息。所以理解并掌握语音信号的时域和频域特性是非常重要的。 通过语音相互传递信息是人类最重要的基本功能之一.语言是人类特有的功能.声音是人类常用工具,是相互传递信息的最重要的手段.虽然,人可以通过多种手段获得外界信息,但最重要,最精细的信息源只有语言,图像和文字三种.与用声音传递信息相比,显然用视觉和文字相互传递信息,其效果要差得多.这是因为语音中除包含实际发音容的话言信息外,还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息.所以,语音是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息的形式.另一方面,语言和语音与人的智力活动密切相关,与文化和社会的进步紧密相连,它具有最大的信息容量和最高的智能水平。 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,处理的目的是用于得到某些参数以便高效传输或存储;或者是用于某种应用,如人工合成出语音,辨识出讲话者,识别出讲话容,进行语音增强等. 语音信号处理是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域, 是一门涉及面很广的交叉学科.虽然从事达一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科.但是它与语音学,语言学,声学,认知科学,生理学,心理学及数理统计等许多学科也有非常密切的联系. 语音信号处理是许多信息领域应用的核心技术之一,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个.语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域,其研究涉及一系列前沿科研课题,巳处于迅速发展之中;其研究成果具有重要的学术及应用价值. 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应( FIR，Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应( IIR，Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能 一、设计目的 1.进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论、分析方法和实现方法；使自身对信号的采集、处理、传输、显示和存储等有一个系统的掌握和理解； 2.增强应用Matlab语言编写数字信号处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力； 3．培养自我学习的能力和对相关课程的兴趣； 二、设计过程 1、语音信号的采集 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。 采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实 采样定理又称奈奎斯特定理，在进行模拟/数字信号的转换过程中，当采样频率fs不小于信号中最高频率fm的2倍时，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。 利用Windows下的录音机，录制了一段发出的声音，内容是“数字信号”，时间在3 s内。接着在D盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。 [x1,fs,bits]=wavread('E:\数字信号.wav'); %读取语音信号的数据，赋给变量x1，返回频率fs 44100Hz，比特率为16 。 2 、语音信号的频谱分析 （1）首先画出语音信号的时域波形； 程序段： x=x1(60001:1:120000); %截取原始信号60000个采样点 plot(x) %做截取原始信号的时域图形 title('原始语音采样后时域信号'); xlabel('时间轴 n'); ylabel('幅值 A'); （2）然后用函数fft 对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性； y1=fft(x,6000); %对信号做N=6000点FFT 变换 figure(2) subplot(2,1,1),plot(k,abs(y1)); title('|X(k)|'); ylabel('幅度谱'); subplot(2,1,2),plot(k,angle(y1)); title('arg|X(k)|'); ylabel('相位谱'); （3）产生高斯白噪声，并且对噪声进行一定的衰减，然后把噪声加到信号中，再次对信号进行频谱特性分析，从而加深对频谱特性的理解； d=randn(1,60000); %产生高斯白噪声 d=d/100; %对噪声进行衰减 x2=x+d; %加入高斯白噪声 3、设计数字滤波器 (1)IIR 低通滤波器性能指标通带截止频Hz f c 1000=，阻带截止频率 Hz f st 1200=，通带最大衰减dB 11=δ，阻带最小衰减dB 1002=δ。 (2)FIR 低通滤波器性能指标通带截止频率Hz f c 1000=，阻带截止频率 Hz f st 1200=， 通带衰减1δ≤1dB ，阻带衰减 2δ≥ 100dB 。 （3）IIR 高通滤波器的设计指标，Hz f z 1000=，Hz f p 2000=，阻带最小衰减dB A s 30=，通带最大衰减dB A P 1=。 （4）（4）FIR 高通滤波器的设计指标，Hz f z 1000=，Hz f p 2000=，阻带最小衰减dB A s 50=，通带最大衰减dB A P 1=。 （5）用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波，在Matlab 中，FIR 滤波器利用函数fftfilt 对信号进行滤波，IIR 滤波器利用函数filter 对信号进行滤波。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，在一个窗口同时画出滤波前后开关电源中处理变压器的音频噪声
音频信号分析与处理
语音信号分析与处理2011
含噪声的语音信号分析与处理设计
音频信号分析仪(A题一等奖)
开关电源产生噪声的原因与解决方案
基于MATLAB的有噪声语音信号处理毕设
基于Matlab的语音信号处理与分析
如何降低电源纹波噪声的分析与应用
数字信号处理 语音信号分析与处理及其MATLAB实现..
基于STM32的音频信号分析设计与实现
开关电源的噪音及解决方法
多种类型噪声滤波
基于MATLAB的语音信号采集与处理
对语音信号进行分析及处理资料
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