语音信号频带传输通信系统仿真
——基于DPCM编码与ASK调制
摘要本课程设计的主要内容是设计一个基于DPCM编码与ASK调制的语音信号频带传输通信系统，并对其进行仿真。该课程设计用的设计和仿真平台是MATLAB7.0集成系统中的Simulink。在Simulink中实现该课程设计，调整系统参数设置，通过观察比较发现输入的语音信号和输出的语音信号一致，其传输质量达到要求，最终结果达到设计的指标。
关键词DPCM编解；ASK调制解调；MA TLAB/Simulink
1 引言
本课程设计的内容为设计一个基于DPCM编码与ASK调制的语音信号频带传输通信系统，并对其进行系统仿真。该系统的主要步骤是录制一段语音信号，对其进行DPCM 编码后再进行ASK调制，送入加性高斯白噪声信道传输，在接收端对其进行ASK解调和DPCM解码以恢复原信号，回放比较传输前后的语音质量，并观察前后信号波形是否一致，绘制误码率曲线。
1.1课程设计的目的
1、对通信原理这门课程有更深入、更系统地认识。
2、掌握一个系统的整体过程，能够对一个系统有全面的了解和认识，能够根据要求设计所需要的系统。
3、掌握数字传输系统的好处与意义。
4、掌握模拟信号的数字化，即模拟信号的编码，本课程设计用的是DPCM编码。
5、掌握把数字信号转化为模拟信号，即数字信号的译码，本课程用的是DPCM的解
码。
6、掌握频带传输的意义和好处。
7、掌握频带传输的调制与解调，本课程为ASK的调制与解调。
8、学会运用设计平台来模拟所需设计的通信系统。
1.2课程设计的要求
1、模型设计应该符合工程实际，模块参数设置必须与原理相符合。
2、处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论。
3、独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。
1.3设计平台
MATLAB中的Simulink。
Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。
Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ，这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。
Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试[1]。
2 设计原理
本课程设计设计的是语音信号的频带传输系统，其需要进行信源编码。信源编码是针对信源发送信息所进行的压缩编码[2]。信源编码有三个部分：抽样、量化和编码。而语音信号具有很强的短时相关性，所以信源编码采用的是差分脉冲编码(DPCM)，这样可以提高量化精度或减少编码比特数。
由于频带传输和数字调制可以有更好的传输质量，还能提高传输系统的有效性，因此本课程设计采用了频带传输和数字调制。
2.1频带通信概述
通信网络中的数据传输形式基本上可分为两种：基带传输和频带传输。基带传输是按照信号原有的波形在信道上直接传输。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。频带传输进行信号调制的目的是为了更好的适应信号传输通道的频率特性，传输信号经过调制处理也能克服基带传输同频带过宽的缺点，提高线路的利用率。但是调制后的信号在接收端要解调还原，所以传输的收发端需要专门的信号频率变换设备，传输设备费用相应增加。
通信系统按数据类型可分为模拟通信和数字通信。模拟通信抗干扰能力差但易于实现，而数字通信抗噪声性能好、差错可控、保密性好、容易与现代技术相结合，所以采用数字通信有更多的益处。
数字通信系统主要的三种通信模式是数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统和模拟信号数字化传输通信系统。本课程设计输入的是语音信号，因此采用的是模拟信号数字化传输通信系统。
有上述可得知该传输系统有以下主要部分：信源、信源编码、数字调制、信道、数字解码、信源解码、信宿。其传输系统如下图2-1所示。其对应的语音系统为语音信号、DPCM编码、ASK调制、信道、ASK解调、DPCM解码、接收者。
图2-1 模拟信号数字化传输通信系统
2.2 DPCM编码方法
DPCM是差分脉冲编码调制的英文简称，是对模拟信号幅度抽样的差值进行量化编码的调制方式。这种方式是用已经过去的抽样值来预测当前的抽样值，对它们的差值进行编码。差值编码可以提高编码频率，这种技术已应用于模拟信号的数字通信之中。
在预测编码中，每个抽样值不是独立地编码，而是先跟据前几个抽样值计算出一个预测值，再取当前抽样值和预测值之差。将此差值编码并传输。此差值称为预测误差。话音信号等连续变化的信号，其相邻抽样值之间有一定的相关性，这个相关性使信号中含有冗余信息。由于抽样值及其预测值之间有较强的相关性，即抽样值和其预测值非产接近，使此预测误差的可能取值范围，比抽样值的变化范围小。所以，可以少用几位编码比特来对预测误差编码，从而降低其比特率。这就是说，利用减小冗余率的办法，降低了编码比特率[3]。
在DPCM中，只将前一个抽样值当做预测值，再取当前的抽样值和预测值之差进行编码并传输。这是，与撤职就简化成一个延时电路，其延时时间为一个抽样间隔时间Ts。DPCM系统的原理方框图如图2-2所示。
(a)编码器
(b)译码器
图2-2 DPCM系统原理方框图
2.3调制方法
调制是将信号转换为适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号，即将基带信号变换为适合于信道传输的频带信号。调制在通信系统中的作用至关重要，它的主要作用和目的是将基带信号(调制信号)变换成适合在信道中传输的已调信号、实现信道的多路复用和改善系统抗噪声性能。因此我们需要把语音信号进行调制。
数字调制的方式有振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)等多种形式，
但这三种是基本的数字调制方式。由于ASK 原理比较简单，实现也比较容易，不需要太复杂的设备，因此这里采用了ASK 调制方式。
二进制振幅键控ASK(通断键控OOK)，即载波在数字信号1或0的控制下来实现通或断。时域表达式为
(2-1) 其中
(2-2)
式中， T 0为码元持续时间；g(t)是持续时间为T 0、高度为1的矩形脉冲；n a 是第n 个符号的电平取值。若取
n a =???-），出现的概率为（，出现的概率为P P 101 (2-3)
则相应的2ASK 信号就是OOK 信号。如图2-3所示为2ASK 信号的波形。
图2-3 2ASK 信号时间波形
2ASK 的调制方法有两种：模拟调制法和数字键控法，如图2-4所示，此图为用乘法器实现模拟调制法的原理图。
()()2cos ASK c
e t s t t ω=()0()n n
s t a g t nT =-∑
图2-4 模拟调制法原理图
如图2-5所示，此图为用开关电路实现数字键控法的原理图。
开关电路
图2-5 数字键控法原理图
2ASK的解调方法有两种：非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)。非相干解调电路简单，但性能较差，不需本地载波，相干解调电路复杂，但性能较好，而且需要同频同相的本地载波。
如图2-6所示，此图为非相干解调实现的原理图。
图2-6 非相干解调原理图
如图2-7所示，此图为相干解调实现的原理图。
图2-7 相干解调原理图
3设计步骤
具体的实现步骤可以把每一个模块单独地实现出来，再把它们整合在一起以实现所想做的系统设计，这才是最好的设计思想。因此，以下就是在一个模块中再加模块来一步一步地实现该语音信号的频带传输系统的。
3.1 DPCM编解码
在Simulink中新建一个后缀为.mdl的文件，在该文件中画出DPCM编码、解码图。用线把信号源与DPCM编码器连接起来，再将DPCM编码器与译码器连接，用示波器观察它们的波形。如图3-1所示：
图3-1 DPCM编码与解码方针方框图
将Simulink的参数中的Max step size设置为0.0001，这样可以使得仿真时线条的变化更加平滑，设置为如下图3-2所示[4]：
图3-2 Simulink参数设置
将信号源的抽样时间Sample Time设置为1/100，这样才可以使得抽样的样值足够地多，才能够无失真地在传输系统中重建过来。设置如图3-3所示：
图3-3 信号源的参数设置
DPCM编码模块中的参数Predictor numerator、Quantization partition、Quantization codebook要用MATLAB中的dpcmopt函数求出，其计算方法和过程如下：>> p=5;
>> t=[0:0.01:10];
>> f=1;x=sin(2*pi*f*t);
>> p=1;
>> [predictor, codebook, partition] = dpcmopt(x,p,17)
predictor =
0 0.9990
codebook =
Columns 1 through 6
-0.0611 -0.0534 -0.0443 -0.0369 -0.0302 -0.0231
Columns 7 through 12
-0.0156 -0.0079 0.0000 0.0079 0.0156 0.0231
Columns 13 through 17
0.0302 0.0369 0.0443 0.0534 0.0611
partition =
Columns 1 through 6
-0.0577 -0.0489 -0.0407 -0.0336 -0.0267 -0.0194
Columns 7 through 12
-0.0118 -0.0039 0.0039 0.0118 0.0194 0.0267
Columns 13 through 16
0.0336 0.0407 0.0489 0.0577
DPCM编码模块的抽样时间与信号源一致，如图3-4所示：
图3-4 DPCM编码模块参数设置
DPCM解码模块与DPCM编码模块很类似，其参数设置如图3-5所示：
图3-5 DPCM解码模块参数设置
信号源经过DPCM编码模块再通过DPCM解码模块后，用示波器观察比较它们的波形(从上到下分别时信号源波形、DPCM编码后波形和DPCM解码后波形)，其波形如图3-6所示：
图3-6各个信号输出的波形图
3.2 ASK调制解调
将信号源与载波通过相乘器进行相乘，在信道中传输，在接收端再次与载波通过相乘器进行相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器(采样量化编码器)，最后输出到示波
器，并用误码器观察误码率。如图3-7所示：
其中信号源的参数设置如图3-8所示：
图3-8 信号源参数设置
在调制解调系统中，载波信号的频率一般要远大于信号源的频率。信号源采样时间
0.01秒，即频率为100Hz，所以载波信号频率要大于100Hz。载波信号参数如图3-9所
示：
图3-9载波信号参数设置
高斯白噪声的抽样时间为0.01，如图3-10所示：
图3-10高斯白噪声的参数设置
带通滤波器的下频应该小于载波频率与调制信号频率之差，上频应该大于载波频率
与调制信号频率之差，参数设置如图3-11所示：
图3-11带通滤波器的参数设置
低通滤波器的频带边缘频率与信号源的频率相同，参数设置如图3-12所示：
图3-12低通滤波器参数设置
抽样判决器的抽样频率与信号源的频率相同，参数设置如图3-13所示：
图3-13抽样判决器的参数设置
输入信号经过ASK调制解调系统后，输出的各个波形(从上到下分别是输入信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、经过低通滤波器的解调信号，输出信号)如图3-14所示：
图3-14 各点信号的波形
由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在0.01秒的时延，即信号时延了2比特（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为2比特，其参数设置如图3-15所示：
图3-15误码器的参数设置
经过误码器的2比特时延后，其误码率为0，如图3-16所示：
图3-16 误码率的查看
3.3 加入高斯白噪声
输入信号经过DPCM编码后，再经过ASK调制，送入加性高斯白噪声信道传输，在接收端对其进行ASK解调和DPCM解码以恢复原信号。其仿真电路图如图3-17所示：
图3-17加高斯白噪声的信号传输仿真图
图3-17所示的仿真图中有四个子系统，分别为integer to frame bit、ASK system、bit to integer和unit delay。
经过DPCM编码的信号实现频带传输并进行ASK调制及解调，则在进行DPSK调制前信号必须进行帧转换，将经DPCM编码量化为N比特的编码序列以每帧的形式输出，每一帧含有N个比特，再经过缓冲器(buffer)和解缓冲器(unbuffer)将比特一个一个的输出，并在解调后再对其进行变换。因此图3-17所示的仿真图中integer to frame bit 和bit to integer子系统所对应的框图如图3-18、图3-19所示：
图3-18 integer to frame bit子系统框图
图3-19bit to integer 子系统框图
ASK system所对应的框图如图3-20所示：
图3-20 ASK system子系统框图
DPCM编码模块参数设置同图3-3一样，DPCM解码模块参数设置与图3-4一样。
由于DPCM将输入信号在[-1:1]上的样值均匀量化为N=4比特的编码序列，所以十进制与二进制的转换器中每个整数的比特数为4，缓冲器中的缓冲的大小也为4比特，二进制变为十进制的转换器中每个整数的比特数也为4。因此把integer to frame bit和bit to integer子系统中的这些相关模块参数设置为图3-21、图3-22、图3-23所示：
图3-21 十进制转换为二进制模块参数设置
图3-22 buffer模块参数设置
ASK system之系统中各模块的参数与3.3节ASK调制解调的对应模块的参数一样，对该系统进行仿真，从ASK子系统中观察个点的波形(从上到下分别是经过DPCM编码变换后的信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、传输信道中的信号和解调信号)，在示波器Scope中显示，如图3-23所示
图3-23 ASK子系统中各点的波形
对照图3-14，可知图3-23也有2比特的延时，同样地把误码器中延时比特数改2，
得到该系统的误码率，如图3-24所示：
图3-24该系统的误码率
由于每帧有4比特，经过系统后延时2比特，则在延时子系统(unit delay)中有2个单位时延模块，其时延的时间为抽样判决的时间1/400，unit delay子系统的框图如图3-24所示：
图3-24 unit delay子系统框图
该系统的输入信号和经过该传输系统后的输出信号的波形在示波器Scope1中显示，如图3-24所示：
图3-24该系统的输入信号和输出信号波形
由上图可以看出，输入信号经过DPCM编码，ASK调制,ASK解调，DPCM解码后的输出波形基本符合设计要求。
语音信号处理重点、考点、考试题 一、填空题：（共7小题，每空2分，共20分） A卷 1、矢量量化系统主要由编码器和组成，其中编码器主要是由搜索算法和构成。 2、基于物理声学的共振峰理论，可以建立起三种实用的共振峰模型：级联型、并联型和。 3、语音编码按传统的分类方法可以分为、和混合编码。 4、对语音信号进行压缩编码的基本依据是语音信号的和人的听觉感知机理。 5、汉语音节一般由声母、韵母和三部分组成。 6、人的听觉系统有两个重要特性，一个是耳蜗对于声信号的时频分析特性；另一个是人耳听觉的效应。 7、句法的最小单位是，词法的最小单位是音节，音节可以由构成。 二、判断题：（共3小题，每小题2分，共6分） 1、预测编码就是利用对误差信号进行编码来降低量化所需的比特数，从而使编码速率大幅降低。（） 2、以线性预测分析-合成技术为基础的参数编码，一般都是根据语音信号的基音周期和清/浊音标志信息来决定要采用的激励信号源。（） 3、自适应量化PCM就是一种量化器的特性，能自适应地随着输入信号的短时能量的变化而调整的编码方法。（） 三、单项选择题：（共3小题，每小题3分，共9分） 1、下列不属于衡量语音编码性能的主要指标是（）。（A）编码质量（B）矢量编码（C）编码速率（D）坚韧性 2、下列不属于编码器的质量评价的是（）（A）MOS （B）DAM（C）DRT（D）ATC 3、限词汇的语音合成技术已经比较成熟了，一般我们是采用（）作为合成基元。 （A）词语（B）句子（C）音节（D）因素 四、简答题：（共2小题，每小题12分，共24分） 1、画出矢量量化器的基本结构，并说明其各部分的作用。 2、试画出语音信号产生的离散时域模型的原理框图，并说明各部分的作用。 五、简答题：（共5小题，前三小题，每题5分，后两小题，每题10分，共35分） 1、线性预测分析的基本思想是什么？ 2、隐马尔可夫模型的特点是什么？ 3、矢量量化器的所谓最佳码本设计是指什么？ 4、针对短时傅里叶变换Ⅹn(ejw)的定义式，请从两个角度对其进行物理意义的分析。 5、针对短时傅里叶变换的时间分辨率和频率分辨率的矛盾性，请给予分析说明。 六、计算题：（共1小题，每小题6分，共6分） 1、已知一个简单的三状态HMM模型的图形，如图一所示。求该HMM模型输出aab的概率为多少？（要有求解过程，无计算过程不得分）
******************* 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2013年春季学期 信号处理课程设计 题目：基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪专业班级：通信工程（1）班 姓名：王兴栋 学号：10250114 指导教师：陈海燕 成绩：
摘要 语音信号在数字信号处理中占有极其重要的地位，因此选择通过对语音信号的研究来巩固和掌握数字信号处理的基本能力十分具有代表性。对数字信号处理离不开滤波器，因此滤波器的设计在信号处理中占有极其重要的地位。而MATLAB 软件工具箱提供了对各种数字滤波器的设计。本论文“在MATLAB平台上实现对语音信号的去噪研究与仿真”综合运用了数字信号处理的各种基本知识，进而对不带噪语音信号进行谱分析以及带噪语音信号进行谱分析和滤波处理。通过理论推导得出相应的结论，再通过利用MATLAB作为编程工具来进行计算机实现比价已验证推导出来的结论。在设计过程中，通过设计FIR数字滤波器和IIR数字滤波器来完成滤波处理。在设计过程中，运用了MATLAB对整个设计中的图形的绘制和一些数据的计算以及仿真。 关键字滤波器；MATLAB；仿真；滤波
前言 语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段。随着社会文化的进步和科学技术的发展，人类开始进入了信息化时代，用现代手段研究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、和获取语音信息，这对于促进社会的发展具有十分重要的意义，因此，语音信号处理正越来越受到人们的关注和广泛的研究。 语音信号是信息技术处理中最重要的一门科学，是人类社会几步的标志。那么什么是语音？语音是人类特有的功能，也是人类获取外界信息的重要工具，也是人与人交流必不可少的重要手段。那么什么又是信号？那信号是什么呢？信号是传递信息的函数。离散时间信号——序列——可以用图形来表示。 语音信号处理是一门用研究数字信号处理研究信号的科学。它是一新兴的信息科学，同时又是综合多个学科领域的一门交叉科学。语音在我们的日常生活中随时可见，也随处可见，语音很大程度上可以影响我们的生活。所以研究语音信号无论是在科学领域上还是日常生活中都有其广泛而重要的意义。 本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理。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程序，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单语音信号处理的目的。 对语音信号的研究，本论文采用了设计两种滤波器的基本研究方法来达到研究语音信号去噪的目的，最终结合图像以及对语音信号的回放，通过对比，得出结论。
第一章数字音频基础知识 主要内容 ?声音基础知识 ?认识数字音频 ?数字音频专业知识 第1节声音基础知识 1.1 声音的产生 ?声音是由振动产生的。物体振动停止，发声也停止。当振动波传到人耳时，人便听到了声音。 ?人能听到的声音，包括语音、音乐和其它声音（环境声、音效声、自然声等），可以分为乐音和噪音。 ?乐音是由规则的振动产生的，只包含有限的某些特定频率，具有确定的波形。 ?噪音是由不规则的振动产生的，它包含有一定范围内的各种音频的声振动，没有确定的波形。 1.2 声音的传播 ?声音靠介质传播，真空不能传声。 ?介质：能够传播声音的物质。 ?声音在所有介质中都以声波形式传播。 ?音速 ?声音在每秒内传播的距离叫音速。 ?声音在固体、液体中比在气体中传播得快。 ?15oC 时空气中的声速为340m/s 。 1.3 声音的感知 ?外界传来的声音引起鼓膜振动经听小骨及其他组织传给听觉神经，听觉神经再把信号传给大脑，这样人就听到了声音。 ?双耳效应的应用：立体声 ?人耳能感受到（听觉）的频率范围约为20Hz~ 20kHz，称此频率范围内的声音为可听声(audible sound)或音频(audio)，频率<20Hz声音为次声，频率>20kHz声音为超声。 ?人的发音器官发出的声音（人声）的频率大约是80Hz～3400Hz。人说话的声音（话音voice / 语音speech）的频率通常为300Hz～3000 Hz（带宽约3kHz）。 ?传统乐器的发声范围为16Hz (C2)～7kHz(a5)，如钢琴的为27.5Hz (A2)～4186Hz(c5)。 1.4 声音的三要素 ?声音具有三个要素： 音调、响度（音量/音强）和音色 ?人们就是根据声音的三要素来区分声音。 音调（pitch ） ?音调：声音的高低（高音、低音），由―频率‖（frequency）决定，频率越高音调越高。 ?声音的频率是指每秒中声音信号变化的次数，用Hz 表示。例如，20Hz 表示声音信号在1 秒钟内周期性地变化20 次。?高音：音色强劲有力，富于英雄气概。擅于表现强烈的感情。 ?低音：音色深沉浑厚，擅于表现庄严雄伟和苍劲沉着的感情。 响度（loudness ） ?响度：又称音量、音强，指人主观上感觉声音的大小，由―振幅‖（amplitude）和人离声源的距离决定，振幅越大响度越大，人和声源的距离越小，响度越大。（单位：分贝dB） 音色（music quality） ?音色：又称音品，由发声物体本身材料、结构决定。 ?每个人讲话的声音以及钢琴、提琴、笛子等各种乐器所发出的不同声音，都是由音色不同造成的。 1.5 声道
一、设计的目的和意义 数字滤波器和快速傅立叶变换(FFT)等是语音信号数字处理的理论和技术基础，是20世纪60年代形成的一系列数字信号处理的理论和算法。在数字信号处理中,滤波器的设计占有极其重要的地位。而其中，FIR数字滤波器和IIR数字滤波器是重要组成部分。Matlab具有功能强大、简单易学、编程效率高等特点,深受广大科技工作者的喜爱。特别是Matlab中还具有信号分析工具箱,所以对于使用者，不需要具备很强的编程能力,就可以方便地进行信号分析、处理和设计。利用Matlab中的信号处理工具箱，可以快速有效的设计各种数字滤波器。本论文基于Matlab语音信号处理的设计与实现，综合运用数字信号处理的相关理论知识，对加噪声语音信号进行时域、频域分析并滤波。而后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工作。 本次课程设计的课题为《基于DSP的语音信号滤波去噪》，运用麦克风采集一段语音信号，绘制波形并观察其频谱，给定相应技术指标，用脉冲响应不变法设计的一个满足指标的巴特沃斯IIR滤波器，对该语音信号进行滤波去噪处理，比较滤波前后的波形和频谱并进行分析，根据结果和学过的理论得出合理的结论。 二、设计原理： 2.1 巴特沃斯滤波器 巴特沃斯滤波器是电子滤波器的一种。巴特沃斯滤波器的特点是通频带的频率响应曲线最平滑。巴特沃斯滤波器的特性是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在组频带则逐渐下降为零。在振幅的对数对角频率的波得图上，从某一边界角频率开始，振幅随着角频率的增加而逐步减少，趋向负无穷大。 其振幅平方函数具有如2-1式：
（2-1） 式中，N为整数，称为滤波器的阶数，N越大，通带和阻带的近似性越好，过渡带也越陡。如下图2.1所示： 图2.1 巴特沃兹filter 振幅平方函数 过渡带：通带→阻带间过渡的频率范围，Ω c ：截止频率。 理想滤波器的过渡带为Ω，阻带|H(jΩ)|=0，通带内幅度|H (jΩ)|=常数，H(jΩ)线性相位。通带内，分母Ω/Ω c <1,相应(Ω /Ω c )2N随N的增加而趋于0，A(Ω2)→1，在过渡带和阻带，Ω/ Ω c >1，随N的增加，Ω e /Ω c >>1，所以A(Ω2)快速下降。 Ω=Ω c 时，，幅度衰减，相当于3bd衰减点。振幅平方函数的极点可写成如式2-2：
数字信号处理实验报告 实验名称：基于MATLAB对语音信号 进行分析及滤波处理 院系：物联网工程学院 班级：电子信息工程1101 姓名：
一、实验目的 综合计算运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应的结论，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。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。此外，还系统的学习和实现对语音信号处理的整体过程，从语音信号的采集到分析、处理、频谱分析、显示和储存。 二、实验要求 1.分析原始语音信号的时域特性和频谱特性。 2.设计一个IIR滤波器，用该滤波器对语音信号进行滤波处理，分析滤波后信号的时域特性和频谱特性。 3.设计一个FIR滤波器，用该滤波器对语音信号进行滤波处理，分析滤波后信号的时域特性和频谱特性。 三、实验原理 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.max大于信号中最高频率fmax的2倍时(fs.max>=2fmax)，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；采样定理又称奈奎斯特定理。 采样频率越高，即采样的时间间隔越短，对声音波形的表示越精确。 2.时域信号的FFT分析：信号的频谱分析就是计算机信号的傅里叶变换。连续信号与系统的傅里叶分析显然不便于用计算机进行计算，使其应用受到限制。而FFT是一种时域和频域均离散化的变换，适合数值运算，成为用计算机分析离散信号和系统的有力工具。对连续信号和系统，可以通过时域采样，应用DFT进行近似谱分析。 3.IIR数字滤波器设计原理利用双线性变换设计IIR滤波器（巴特沃斯数字低通滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数Ha(s),然后由Ha(s)通过双线性变换可得所要设计的IIR滤波器的系统函数H(z)。如果给定的指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟滤波器的技术指标，这里主要是边界频率Wp和Ws的转换，对ap和as指标不作变化。边界频率的转换关系为∩=2/T tan(w/2)。接着，按照模拟低通滤波器的技术指标根据相应设计公式
用MATLAB 建模实现信号的调制解调 1. 实验要求 用MATLAB 的调制解调建模实现信号的调制解调过程，需要文字报告、波形图。 （本文选用AM 、FM 调制进行仿真分析） 2. 实验原理 2.1 AM 调制解调的原理 2.1.1 AM 调制信号的产生 标准调幅（AM ）是指用信号m(t)去控制载波c(t)的振幅，是已调信号的包络按照m(t)的规律线性变化的过程，u(t)=(A0+a*m(t))*c(t)。调制过程如图2.1所示。 图2.1 AM 调制模型 2.1.2 AM 的解调 调制的逆过程叫解调，调制是一个频谱搬移过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调就是从已调信号的频谱中，将位于载频的信号频谱搬移回来。调制和解调都完成频谱搬移，各种调幅都是利用乘法器实现的，因此可以设想，在收端也可以利用乘法器进行解调[1]。已调信号u(t)乘以本地载波c(t),再通过低通滤波器得到解调信号dem(t)=u(t)*c(t)。如图所示，解调后dem(t)=A0/2+m(t)/2，所以在解调后要重新缩放。另一种解调方法，包络解调由于包络检波器电路简单，检波效率高，几乎所有调幅（AM ）式接收机都采用这种电路，如图2.3所示为包络检波模型。在MATLAB 中我们使用hilbert()函数找出已调信号包络dem(t) A0+m(t)。找出包络后也要重新缩放，最终解调出基带信号m(t)。 c(t) A0 m(t) u(t)
相干解调模型 2.2 FM 调制解调的原理 2.2.1 FM 调制信号的产生 角度调制是频率调制和相位调制的总称。角度调制是使正弦载波信号的角度随着基带调制信号的幅度变化而改变。 调频信号可以被看作调制信号在调制前先积分的调相信号。这意味着先对m(t)积分，再将结果作为调相器的输入即可得到调频信号。相反，先微分m(t)，再将结果作为调频器的输入也可得到调相信号。在模拟蜂窝移动通信中，调频是更为普遍应用的角度调制，这是因为FM 不管信号的幅度如何，抗干扰能力都很强，而在调幅中，正如前面所说的那样，抗干扰能力要弱得多[10]。 有两种基本的方法来产生调频信号：直接法和间接法。在直接法中，载波的频率直接随着输入的调制信号的变化而改变。在间接法中，先用平衡调制器产生一个窄带调频信号，然后通过倍频的方式把载波频率提高到需要的水平。 非线形调制要完成频谱的搬移但是他所形成的信号频谱不再保持原来基带频谱的结构，也就是说已调信号频谱与基带信号频谱存在着非线形关系，而解调正是从已调波中不失真地检出调制信号的过程。频率调频制：是瞬时频率偏移随基带信号成比例变化的调制[5]。 =dt t d ) (?) (t m K F (2-1) ?∞ -=t F d m K t τ τ?)()( (2-2) FM 公式： []?∞ -+=t F c m d m K t w A t S τ τ)(cos )( t A t m m m ωcos )(= ?? ????+=t A K t A m m m F c ωωωs i n c o s (2-3) dem(t) c(t) LPF u(t)
2011-2013学年 《语音信号处理》期末考试试题 适用班级：时量：120分钟闭卷记分： 考生班级：姓名：学号： 注：答案全部写在答题纸上，写在试卷上无效！ 一、填空题：（每空2分） 1、矢量量化系统主要由编码器和译码器组成，其中编码器主要是由搜索算法和码书构成。P101 2、基于物理声学的共振峰理论，可以建立起三种实用的共振峰模型：级联型、并联型和混合型。P18 3、语音编码按传统的分类方法可以分为波形编码、参数编码和混合编码。P137 4、对语音信号进行压缩编码的基本依据是语音信号的冗余度和人的听觉感知机理。 P137-138 5、汉语音节一般由声母、韵母和声调三部分组成。P10 6、人的听觉系统有两个重要特性，一个是耳蜗对于声信号的时频分析特性；另一个是人耳听觉的掩蔽效应。P22 7、句法的最小单位是词，词法的最小单位是音节，音节可以由音素构成。P9 8、复倒谱分析中避免相位卷绕的算法，常用的有微分法和最小相位信号法。P62 9、语音信号处理也可以简称为语音处理，它是利用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，包括语音编码、语音合成、语音识别、说话人识别和语音增强等五大分支。P3 10、语音信号处理也可以简称为语音处理，它是以数字信号处理和语音学为基础而形成的一个综合新的学科，包括发音语音学、声学语音学、听觉语音学和心理学等四大分支。P2，6 11、语音的四大要素：音质、音调、音强和音长。P9 12、人类发音过程有三类不同的激励方式，因而能产生三类不同的声音，即浊音、清音、和爆破音。P8 13、元音的一个重要声学特性是共振峰，它是区别不同元音的重要参数，它一般包括共振峰频率的位置和频带宽度。 14、语音信号的倒谱分析就是求取语音倒谱特征参数的过程，它可以通过同态信号处理来实现。P56 二、判断题：（每小题2分）√× 1、预测编码就是利用对误差信号进行编码来降低量化所需的比特数，从而使编码速率大幅降低。（×）P143 2、以线性预测分析-合成技术为基础的参数编码，一般都是根据语音信号的基音周期和清/浊音标志信息来决定要采用的激励信号源。（×）P181 3、自适应量化PCM就是一种量化器的特性，能自适应地随着输入信号的短时能量的变化而调整的编码方法。（×）P142 4、线性预测法正是基于全极点模型假定，采用时域均方误差最小准则来估计模型参数的。（×）P72 5、波形编码是依赖模型假定的语音编码方法。（×）P137 6、掩蔽效应是使一个声音A能感知的阀值因另一个声音B的出现而提高的现象，这时A叫
通信与信息工程学院 信息处理综合实验报告 班级：电子信息工程1502班 指导教师： 设计时间：2018/10/22-2018/11/23 评语： 通信与信息工程学院 二〇一八年 实验题目：语音信号分析与处理 一、实验内容 1. 设计内容 利用MATLAB对采集的原始语音信号及加入人为干扰后的信号进行频谱分析，使用窗函数法设计滤波器滤除噪声、并恢复信号。 2．设计任务与要求 1. 基本部分
（1）录制语音信号并对其进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。 （2）对所录制的语音信号加入干扰噪声，并对加入噪声的信号进行频谱分析；画出加噪后信号的时域波形和频谱图。 （3）分别利用矩形窗、三角形窗、Hanning窗、Hamming窗及Blackman 窗几种函数设计数字滤波器滤除噪声，并画出各种函数所设计的滤波器的频率响应。 （4）画出使用几种滤波器滤波后信号时域波形和频谱，对滤波前后的信号、几种滤波器滤波后的信号进行对比，分析信号处理前后及使用不同滤波器的变化；回放语音信号。 2. 提高部分 （5）录制一段音乐信号并对其进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。 （6）利用MATLAB产生一个不同于以上频段的信号；画出信号频谱图。 （7）将上述两段信号叠加，并加入干扰噪声，尝试多次逐渐加大噪声功率，对加入噪声的信号进行频谱分析；画出加噪后信号的时域波形和频谱图。 （8）选用一种合适的窗函数设计数字滤波器，画出滤波后音乐信号时域波形和频谱，对滤波前后的信号进行对比，回放音乐信号。 二、实验原理 1.设计原理分析 本设计主要是对语音信号的时频进行分析，并对语音信号加噪后设计滤波器对其进行滤波处理，对语音信号加噪声前后的频谱进行比较分析，对合成语音信号滤波前后进行频谱的分析比较。 首先用PC机WINDOWS下的录音机录制一段语音信号，并保存入MATLAB软件的根目录下，再运行MATLAB仿真软件把录制好的语音信号用audioread函数加载入MATLAB仿真软件的工作环境中，输入命令对语音信号进行时域，频谱变换。 对该段合成的语音信号，分别用矩形窗、三角形窗、Hanning窗、Hamming窗及Blackman窗几种函数在MATLAB中设计滤波器对其进行滤波处理，滤波后用命令可以绘制出其频谱图，回放语音信号。对原始语音信号、合成的语音信号和经过滤波器处理的语音信号进行频谱的比较分析。 2.语音信号的时域频域分析 在Matlab软件平台下可以利用函数audioread对语音信号进行采样,得到了声音数据变量y,同时把y的采样频率Fs=44100Hz放进了MATALB的工作空间。
%对语言信号做原始的时域波形分析和频谱分析[y,fs,bits]=wavread('C:\Documentsand?Settings\Administrator\桌面\cuocuo.wav'); %??sound(y,fs)??????%回放语音信号 n=length(y)??%选取变换的点数? y_p=fft(y,n);??????%对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n;???%对应点的频率 figure(1) subplot(2,1,1); plot(y);????????????????????%语音信号的时域波形图 title('原始语音信号采样后时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_p(1:n/2)));?????%语音信号的频谱图 title('原始语音信号采样后频谱图'); xlabel('频率Hz'); ylabel('频率幅值'); %对音频信号产生噪声 ??L=length(y)????????%计算音频信号的长度 ??noise=0.1*randn(L,2);??%产生等长度的随机噪声信号(这里的噪声的大小取决于随机函数的幅度倍数） ??y_z=y+noise;????????%将两个信号叠加成一个新的信号——加噪声处理??? ??%sound(y_z,fs) %对加噪后的语音信号进行分析 n=length(y);??%选取变换的点数? y_zp=fft(y_z,n);??????%对n点进行傅里叶变换到频域 f=fs*(0:n/2-1)/n;???%对应点的频率 figure(2) subplot(2,1,1); plot(y_z);????????????????????%加噪语音信号的时域波形图 title('加噪语音信号时域波形'); xlabel('时间轴') ylabel('幅值A') subplot(2,1,2); plot(f,abs(y_zp(1:n/2)));?????%加噪语音信号的频谱图 title('加噪语音信号频谱图'); xlabel('频率Hz'); ylabel('频率幅值');
《计算机仿真技术》 基于MATLAB的加噪语音信号的滤波学生姓名： 专业：电子信息工程 班级： 学号： 指导教师： 完成时间：2017年12月
一．滤波器的简述 在MATLAB环境下IIR数字滤波器和FIR数字滤波器的设计方法即实现方法，并进行图形用户界面设计，以显示所介绍迷你滤波器的设计特性。 在无线脉冲响应（IIR）数字滤波器设计中，先进行模拟滤波器的设计，然后进行模拟-数字滤波器转换，即采用脉冲响应不变法及双线性Z变化法设计数字滤波器，最后进行滤波器的频带转换。在有限脉冲响应（FIR）数字滤波器设计中，讨论了FIR线性相位滤波的特点和用窗口函数设计FIR数字滤波器两个问题。两类滤波器整个过程都是按照理论分析、编程设计、集体实现的步骤进行的。为方便分析直观者直观、形象、方便的分析滤波器的特性，创新的设计出图形用户界面---滤波器分析系统。整个系统分为两个界面，其内容主要包括四个部分：System（系统）、Analysis（分析）、Tool（工具）、Help（帮助）。 数字滤波在DSP中占有重要地位。数字滤波器按实现的网络结构或者从单位脉冲响应，分为IIR（无限脉冲响应）和FIR（有限脉冲响应）滤波器。如果IRR 滤波器和FIR滤波器具有相同的性能，那么通常IIR滤波器可以用较低的阶数获得高的选择性，执行速度更快，所有的存储单元更少，所以既经济又高效。二．设计要求 1.在matlab平台上录制一段语音信号； 2.完成语音信号的谱分析； 3.对语音信号进行加噪以及加噪后信号的谱分析； 4.选择合适的滤波器进行滤波，确定相关指标； 5.实现滤波过程，显示滤波后的结果，并进行谱分析。 三．实验内容与步骤 1、语音信号的录入
语音信号数字化编码 随着数字技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度、压力、位移、图像等），要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换成数字信号；而经计算机分析、处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路——模数和数模转换器。语音信号的数字化的编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。 标签：语音信号；数字信号；模数转换 1 设计要求 1.1 语音信号的数字化编码的实现即将模拟信号进行数字化处理。 1.2 要求运用pcm编码（脉冲编码调制）的基本原理。 1.3 要求软硬件结合。 2 设计原理 语音信号数字化编码的实现就是将一个语音信号转换成数字信号。 语音是人类发音器官发出的，具有一定意义的，能起到社会交际作用的声音。普通人语音信号频率范围20HZ——20KHZ。 语音信号转换电信号的过程：声音通过空气把震动传给声音传感器的薄膜，薄膜振动带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，产生大小不一的电流。 通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的基本过程，称为脉冲编码调制（pcm），简称脉码调制。 Pcm系统的原理方框如图1所示，在编码器中有冲激脉冲对模拟信号抽样，得到在抽样时刻上的值。这个抽样值仍是模拟量。在它量化之前，通常用保持电路将其作短暂的保存，以便电路有时间对其进行量化。在实际电路中，常把抽样和保持电路作在一起，称为抽样保持电路。图中的量化器把模拟抽样信号变成离散的数字量，然后再编码器中进行二进制编码。这样，每个二进制码组成就代表一个量化后的信号抽样值。 3 基本电路
简明通信原理实验 报告六
实验6 Matlab 实验三数字调制信号调制解调与时频域分析一、MATLAB仿真内容： （1）运行样例程序，观察 OOK、BPSK、BFSK 信号的时域波形和功率谱谱，求已调信号的带宽。 （2）采用相干解调法对 BPSK 信号解调，绘制解调后的信号波形，并与原始信号进行比较，对仿真结果进行分析说明。 （3）编写 DBPSK 信号产生和解调程序，绘制 DBPSK 信号的时域波形和功率谱，绘制解调后的信号波形并与原始信号波形进行比较。（4）编写四进制相移键控信号 QPSK 的产生程序，绘制信号波形与功率谱。 二、MATLAB仿真结果： （1）运行样例程序，观察OOK、BPSK、BFSK 信号的时域波形和功率谱谱，求已调信号的带宽。 文本： clear all;close all; A = 1; % 载波幅度 fc = 2; % 载波频率 N_sample = 8; % 每个码元采样点数 N = 500; % 码元数 Ts = 1; % 码元长度 dt = Ts/(fc*N_sample); % 波形采样间隔 fs = 1/dt; % 采样频率 t = 0:dt:N*Ts-dt; T = length(t); d = (sign(randn(1,N))+1)/2; dd = upsample(d,fc*N_sample);
gt = ones(1,fc*N_sample); d_NRZ = conv(dd,gt); ht = A*cos(2*pi*fc*t); %%********** OOK信号 ****************** s_BASK = d_NRZ(1:T).*ht; [f1,s_BASKf] = myt2f(s_BASK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BASK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('OOK'); subplot(212) plot(f1,10*log10(abs(s_BASKf).^2/T));grid axis([-fc-4 fc+4 -50 10]); ylabel('OOK功率谱密度(dB/Hz)'); %%********** BPSK信号 ****************** d_BPSK = 2*d_NRZ-1; s_BPSK = d_BPSK(1:T).*ht; [f2,s_BPSKf] = myt2f(s_BPSK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BPSK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('BPSK'); subplot(212) plot(f2,10*log10(abs(s_BPSKf).^2/T));A = 1;grid % 载波幅度fc = 2; % 载波频率 N_sample = 8; % 每个码元采样点数 N = 500; % 码元数 ylabel('BPSK功率谱密度(dB/Hz)'); %%********** BFSK信号 ****************** d_BFSK = 2*d_NRZ-1; s_BFSK = A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*d_BFSK(1:T).*t); [f3,s_BFSKf] = myt2f(s_BFSK,fs); figure subplot(211) plot(t,s_BFSK);grid axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('BFSK'); subplot(212) plot(f3,10*log10(abs(s_BFSKf).^2/T));grid axis([-fc-4 fc+4 -50 10]); ylabel('BFSK功率谱密度(dB/Hz)'); xlabel('f');
课程设计(论文) 题目基于IIR数字滤波器的有噪语音信号的处理 课程设计（论文）任务书
学院：电气工程学院 题目：基于IIR数字滤波器的有噪语音信号的处理 起止时间：2016年10月25日至16年11月20日 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 教研室主任： 院长：
2016年 11 月 20 日
语音信号的时频分析 加噪后的语音信号及其频谱分析 验证所设计的滤波器 比较滤波前后语音信号的波形及频谱 滤波器处理结果的分析 5. 课题结论 6. 参考文献 7. 谢辞 8. 附录 附录1：IIR数字滤波器的主要程序 附录2：比较滤波前后语音信号的波形及频谱 三、课程设计（论文）基本要求 （1）技术要求： 编制 Matlab 程序，完成以下功能，产生系统输入信号；根据系统差分方程求解单位脉冲响应序列；根据输入信号求解输出响应；用实验方法检查系统是否稳定；绘制相关信号的波形。 （2）工作要求： 简述离散系统时域分析和判断系统稳定性方法； 完成所给设计实验，并对结果进行分析和解释； 打印程序清单和要求画出的信号波形； 写出本次课程设计的收获和体会；
列出参考文献。 四、课程设计（论文）进度安排 课程设计进度（时间）安排如下： 1. 2016年10月25日—2016年10月31日理解课程设计题目的设计要求，查阅相关资料； 2. 2016年11月1日—2016年11月8日完成各部分程序代码及系统调试； 3. 2016年11月9日—2016年12月11日完成课程设计初稿； 4. 2016年11月12日—2016年11月24日完成完整的课程设计报告； 5. 2016年11月20日上交课程设计作品并答辩。 五、主要参考文献 [1].高西全，丁玉美．数字信号处理[M].北京：西安电子科技大学出版社，2008 [2].刘泉，阙大顺．数字信号处理原理与实现[M]．北京：电子工业出版社，2005 [3].张磊，毕靖，郭莲英．MATLAB实用教程[M]．北京：人民邮电出版社，2008 [4].张威．MATLAB基础与编程入门[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2006 [5].周利清，苏菲．数字信号处理基础[M]．北京：北京邮电大学出版社，2005 指导老师：（签 名） 年月日
实验一 语音压缩编码的实现——增量调制 一、 实验目的 （1） 会用MATLAB 语言表示基本的信号 （2） 用MATLAB 实现语音信号的采集 （3） 理解增量调制（DM ）的原理并编程实现编译码 二、 实验原理 1、信号是随时间变化的物理量，它的本质是时间的函数。信号可以分为时间连续信号和时间离散信号。连续信号是指除了若干不连续的时间点外，每个时间点上都有对应的数值的信号。离散信号则是只在某些不连续的点上有信号值，其它的时间点上信号没有定义的一类信号。离散信号一般可以由连续信号经过模数转换而得到。 语音信号是模拟信号，经麦克风输入计算机后，就存为数字信号。 2、增量调制编码基本原理是采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于预测器输出的值是增大还是减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。收端译码器每收到一个1码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量化阶，而收到一个0码，译码器的输出相对于前一个时刻的值下降一个量化阶。 增量调制的系统结构框图如课本上图3.3-1所示。在编码端，由前一个输入信号的编码值经解码器解码可得到下一个信号的预测值。输入的模拟音频信号与预测值在比较器上相减，从而得到差值。差值的极性可以是正也可以是负。若为正，则编码输出为1；若为负，则编码输出为0。这样，在增量调制的输出端可以得到一串1位编码的DM 码。 图3.3-1 增量调制的系统结构框图 三、 实验容与方法 （一）、用windows 自带的录音机录一段自己的语音（3s ），存为“.wav ”文件。 1、补充：语音信号的采集 Wavread 函数常用的语法为：[y,fs,bite]=wavread(‘filename.wav’); 这里fs 为采样频率，bite 为采样点数。 AWGN ：在某一信号中加入高斯白噪声 输入信号
广西工学院 数字信号处理课程设计设计题目：语音信号的处理与滤波 系别： 学号： 姓名： 班级： 指导教师： 完成日期：
目录 1. 摘要 (3) 2.MATLAB简介 (3) 3.设计目的 (4) 4.设计内容 (4) 5.设计原理 (4) 6.设计步骤 (5) 7.总结与分析 (10) 8.参考资料 (10)
摘要 本课题分析了数字信号处理课程的重要性及特点，可以帮助理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法；并利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，要求采集语音信号后，在MATLAB软件平台进行频谱分析。用设计的数字滤波器对语音信号进行了滤波 MATLAB简介 MATLAB 是一种对技术计算高性能的语言。它集成了计算，可视化和编程于一个易用的环境中，在此环境下，问题和解答都表达为我们熟悉的数学符号。典型的应用有： ?数学和计算 ?算法开发 ?建模，模拟和原形化 ?数据分析，探索和可视化 ?科学与工程制图 ?应用开发，包括图形用户界面的建立 MATLAB是一个交互式的系统，其基本数据元素是无须定义维数的数组。这让你能解决很多技术计算的问题，尤其是那些要用到矩阵和向量表达式的问题。而要花的时间则只是用一种标量非交互语言(例如C或Fortran)写一个程序的时间的一小部分。 . 名称“MATLAB”代表matrix laboratory（矩阵实验室）。MATLAB最初是编写来提供给对由LINPACK和EINPACK工程开发的矩阵软件简易访问的。今天，MATLA B使用由LAPACK和ARPACK工程开发的软件，这些工程共同表现了矩阵计算的软件中的技术发展。 MATLAB已经与许多用户输入一同发展了多年。在大学环境中，它是很多数学类、工程和科学类的初等和高等课程的标准指导工具。在工业上，MATLAB是高产研究、开发和分析所选择的工具。 MATLAB以一系列称为工具箱的应用指定解答为特征。对多数用户十分重要的是，工具箱使你能学习和应用专门的技术。工具箱是是MATLAB函数（M-文件）的全面的综合，这些文件把MATLAB的环境扩展到解决特殊类型问题上。具有可用工具箱的领域有：信号处理，控制系统神经网络，模糊逻辑，小波分析，模拟等等。
****************** 实践教学 ******************* 兰州理工大学 计算机与通信学院 2014年春季学期 通信系统仿真训练课程设计 题目：4ASK载波调制信号的调制解调与性能分析 专业班级：通信工程四班 姓名：赵天宏 学号： 11250414 指导教师：彭清斌 成绩：
摘要 实际通信中的许多信道都不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得载波的这些参量随基带信号的变化而变化，即正弦载波调制。通过MATLAB软件平台，设计并实现了多进制幅移键控（M-ary Amplitude-Shift Keying，MASK）中的四电平调制（4-ary Amplitude Shift Keying，4ASK）的调制系统和解调系统。本文首先介绍了四电平调制和解调的原理，随后介绍载波产生、振幅调制、振幅判别等功能模块的设计，最后给出了整体调制解调的模块图和仿真波形。 关键词：载波调制、数字通信、四电平调制和解调
目录 一、设计目的和要求 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计要求 (1) 二、设计内容及原理 (2) 2.1 四进制ASK信号的表示式 (2) 2.2产生方法 (3) 2.3 4ASK调制解调原理 (3) 三、运行环境及MATLAB简介 (6) 3.1运行环境 (6) 3.2 MATLAB简介 (6) 四、详细设计 (8) 4.1载波信号的调制 (8) 4.2调制信号的解调 (8) 4.3编程语言 (9) 4.4测试结果 (10) 五、调试分析 (11) 六、参考文献 (12) 总结 (13)
基于MATLAB的语音信号滤波处理 题目：基于MATLAB的语音信号滤波处理 课程：数字信号处理 学院：电气工程学院 班级： 学生： 指导教师： 二O一三年十二月
目录CONTENTS 摘要 一、引言 二、正文 1.设计要求 2.设计步骤 3.设计内容 4.简易GUI设计 三、结论 四、收获与心得 五、附录
一、引言 随着Matlab仿真技术的推广，我们可以在计算机上对声音信号进行处理，甚至是模拟。通过计算机作图，采样，我们可以更加直观的了解语音信号的性质，通过matlab编程，调用相关的函数，我们可以非常方便的对信号进行运算和处理。 二、正文 2.1 设计要求 在有噪音的环境中录制语音，并设计滤波器去除噪声。 2.2 设计步骤 1.分析原始信号，画出原始信号频谱图及时频图，确定滤波器类型及相关指标； 2.按照类型及指标要求设计出滤波器，画出滤波器幅度和相位响应，分析该滤波器是否符合要求； 3.用所设计的滤波器对原始信号进行滤波处理，画出滤波后信号的频谱图及时频图； 4.对滤波前的信号进行分析比对，评估所设计滤波器性能。 2.3 设计内容 1.原始信号分析
分析信号的谱图可知，噪音在1650HZ和3300HZ附近的能量较高，而人声的能量基本位于1000HZ以下。因此，可以设计低通滤波器对信号进行去噪处理。 2.IIR滤波器设计 用双线性变换法分别设计了巴特沃斯低通滤波器和椭圆低通滤波器和带阻滤波器： ①巴特沃斯滤波器 fp=800;fs=1300;rs=35;rp=0.5; 程序代码如下： fp=800;fs=1300;rs=35;rp=0.5;Fs=44100; wp=2*Fs*tan(2*pi*fp/(2*Fs));ws=2*Fs*tan(2*pi*fs/(2*Fs)); [n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [b,a]=butter(n,wn,'s'); [num,den]=bilinear(b,a,Fs); [h,w]=freqz(num,den,512,Fs);
语音信号去噪 摘要：在现代各种通信系统中，由于自然界中的各种各样的复杂噪声不免会掺杂在其中，数 字信号处理这门经典学科恰好能够解决这个问题，其中最通用的方法就是利用滤波器来滤除 这些杂波噪声，FIR数字滤波器就是滤波器设计的基本部分。本论文研究的主要内容就是基 于Matlab软件仿真设计一个数字滤波器，将掺杂在语音信号中的高频噪音消除，在此将分 析消除高频噪音前后语音信号的时域及频域特性，对比分析即可验证滤波前后特性差别。在 本课题中，将利用简单的窗函数法来设计FIR数字滤波器，通过Matlab仿真说明所设计滤 波器的正确性。通过这次毕业设计，将会进一步理解语音信号原理分析及滤波处理，为更好 的设计滤波器打好基础。 关键词：Matlab；窗函数法；FIR数字滤波器 目录 1 引言 (2) 1.1 课题研究现状 (2) 1.2 课题研究目的 (2) 1.3 课题研究内容 (2) 1.4 MATLAB软件设计平台简介 (3) 2 原始语音信号采集与处理 (3) 2.1 课题设计步骤及流程图 (3) 2.2 语音信号处理 (4) 2.2.1 语音信号的采集 (4) 2.2.2 语音信号的时域频谱分析 (5) 2.2.3 语音信号加噪与频谱分析 (7) 3 FIR数字滤波器的设计 (9) 3.1 数字滤波器基本概念 (9) 3.2 常用窗函数介绍 (10) 3.3 FIR数字滤波器概述 (10) 3.4 FIR滤波器的窗函数设计 (10) 3.5 滤波器的编程实现 (13) 3.6 用滤波器对加噪语音信号进行滤波 (14) 3.7 回放语音信号 (17) 4 结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20)
%SSB信号调制解调 clear;clc; f0 = 1; %信源信号频率(Hz) E0 = 1; %信源信号振幅(V) E = 1; %载波分量振幅(V) fc = 10; %载波分量频率（Hz） t0 = 1; %信号时长 snr = 15; %解调器输入信噪比dB dt = 0.003; %系统时域采样间隔 fs = 1/dt; %系统采样频率 df = 0.001; %所需的频率分辨率 t = 0:dt:t0; Lt = length(t); %仿真过程中，信号长度 snr_lin = 10^(snr/10);%解调器输入信噪比 %-------------画出调制信号波形及频谱 %产生模拟调制信号 m = E*cos(2*pi*f0*t); L = min(abs(m));%包络最低点 R = max(abs(m));%包络最高点 %画出调制信号波形和频谱 clf; figure(1); %% %画出调制信号波形 subplot(411); plot(t,m(1:length(t))); axis([0,t0,-R-0.3,R+0.3]);%设置坐标范围 xlabel('t');title('调制信号'); set(gca,'YTick',-R:1:R); subplot(412); [M,m,df1,f] = T2F_new(m,dt,df,fs); %求出调制信号频谱 [Bw_eq] = signalband(M,df,t0); %求出信号等效带宽 f_start_low = fc - Bw_eq; %求出产生下边带信号的带通滤波器的起始频率f_cutoff_low = fc; %求出产生下边带信号的带通滤波器的截止频率f_start_high = fc; %求出产生上边带信号的带通滤波器的起始频率f_cutoff_high = fc + Bw_eq; %求出产生上边带信号的带通滤波器的截止频率 plot(f,fftshift(abs(M))); %画出调制信号频谱%M：傅里叶变换后的频谱序列