语音信号的数字滤波处理(十一)

课程设计报告课程名称数字信号处理课题名称数字滤波器处理语音信号专业通信工程班级学号姓名指导教师胡瑛张细政2013年9月8日湖南工程学院课程设计任务书课程名称数字信号处理课题数字滤波器处理语音信号专业班级通信学生姓名学号指导老师胡瑛张细政审批任务书下达日期2013 年9月 1 日任务完成日期2013 年9月8日目录1、课题的主要功能························································错误！未定义书签。

1.1问题描述···························································错误！未定义书签。

实验三 语音信号的滤波处理一、实验目的通过对语音信号的滤波处理，掌握信号频谱的计算、滤波方法，实现从频域上分离不同特点的信号，从而达到滤除信号中的干扰、降低噪声、以及分离男声和女声的目的。

二、实验原理1. 信号的和、积运算信号和与积运算是指信号相加与相乘。

这类运算较为简单。

需要注意的是，必须将同一瞬间的两个函数值相加或相乘。

在图1中，将()x t 视为缓慢波动的信道噪声，()g t 视为要传输的数字信号，则()()x t g t +表示了实际发送的数字信号，()()x t g t ⋅表示了信道噪声()x t 的取样输出信号。

tttt图1 信号的相乘与相加 图2 正弦信号与噪声相加 在实际应用中，最常见的是有用信号与噪声相加，这样的信号中，信号功率与噪声功率之比称为信噪比。

如图2所示是正弦信号、噪声信号的波形及两种信噪比下正弦信号与噪声相加的波形图。

然而有用信号是相对的，例如在语音信号中，正弦信号则是干扰信号，它同噪声一起，都是需要设法去掉的信号。

2. 信号的频谱计算实际应用中的信号绝大多数表现为振荡形式。

如图3所示是语音信号及其一个局部的波形图，可见该信号是一种振荡形式。

语音信号语音信号局部图3 语音信号的波形将复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的正(余)弦振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱(幅度谱)。

广泛应用在声学、光学和无线电技术等方面。

它将对信号的研究从时域引到频域，从而带来更直观的认识。

在信号与系统中，采用FS、FT、DFS、DTFT等工具来计算信号的频谱。

实际信号的频谱往往比教材中的例子要复杂得多。

例如图4是图3所示语音信号的幅度谱，其中上图是fft()输出的结果，其表示的频率范围为0~f，下图s是中心频率在零频率处的幅度谱，它与教材中的表示方式一致。

应用FFT计算的幅度谱中心在零频率的幅度谱图4 语音信号的频谱3. 信号的理解本课程的教材中讲到了“信号的分类”、“典型信号（或常用信号）”等内容，这对于理解信号还远远不够。

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：音频信号的数字滤波处理*名：**学号: ********班级：通信0802指导教师：李艳（老师）起止日期：2011.6.28—2011.7.4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0802 学生姓名：刘雄学号：20084879设计名称：音频信号的数字滤波处理起止日期：2011.6.28—2011.7.4 指导教师：李艳（老师）课程设计学生日志课程设计考勤表课程设计评语表音频信号的数字滤波处理一、设计目的和意义语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。

通过语言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，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。

语音是语言的声学表现，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

二、设计原理1、实验原理系统方框图原始语音高通滤波器低通滤波器叠加音频信号Matlab读入低通滤波器Matlab播放20~120Hz的信号图1系统方框图2、设计IIR数字滤波器：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。

数字滤波器根据其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即无限长冲激响应（IIR）滤波器和有限长冲激响应（FIR）滤波器。

IIR滤波器的特征是，具有无限持续时间冲激响应。

这种滤波器一般需要用递归模型来实现，因而有时也称之为递归滤波器。

FIR滤波器的冲激响应只能延续一定时间，在工程实际中可以采用递归的方式实现，也可以采用非递归的方式实现。

IIR数字滤波器是一种离散时间系统，其系统函数为（1）假设M≤N，当M＞N时,系统函数可以看作一个IIR的子系统和一个(M-N)的FIR子系统的级联。

IIR数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数和，它是数学上的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。

广西工学院数字信号处理课程设计题目：语音信号的处理与滤波(难度系数：0.8)系别：计算机工程学院专业：通信工程班级：通信091学号：200900402037姓名：郑志军指导教师：周坚和日期：2012.01.01目录摘要： ...................................错误!未定义书签。

一．设计内容 .. (5)二．设计目的 (5)三．基本步骤 (5)四、相关原理知识 (6)五、实现过程 (12)1．录制声音 (12)2．分别取8000个和16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因 (15)3．滤波器的设计 (17)4．对声音进行滤波 (18)5．把处理后的所有数据存储为声音文件，与原始声音进行比较19六、心得体会 (20)七、参考文献 (21)摘要信号处理是现代信息处理的基本内容，数字信号的处理更是重中之重。

数字信号处理的研究内容主要是语音信号和图像信号，而研究语音信号对于现代语音通信有着积极的意义。

研究语音信号又分为时域和频域两个方面。

（1）语音信号的时域分析处理：一类是进行语音信号分析，另一类是生成和变换各种调制信号，对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法进行噪声的抑制等等。

前一类是属于时域中信号平均累加器的线性处理，主要通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现。

而后一类，则属于非线性的变换和处理。

（2）语音信号的频谱分析处理：信号的时域频谱分析通常是要结合在一起进行的。

在数字设计系统中，任何信号处理器件都可以看成是一个滤波器，滤波器设计是数字信号处理的重要内容。

滤波器就是在对信号进行分析的基础上，设计适当的系统，提取有用的信号，抑制噪声信号干扰。

滤波器的设计通常是在频率域进行的[1]。

本设计是用MATLAB仿真软件设计滤波器对受干扰的语音信号进行滤波处理，并对各部分进行频谱分析。

MATLAB工具介绍：MATLAB是MathWorks公司开发的一种跨平台的用于多种仿真的简单高效的数学语言。

题目:语音信号的FIR滤波器处理组员：班级:指导教师：成绩：摘要：DSP( Digital Signal Processing) 也就是我们常说的数字信号处理,它是利用计算机或专用处理设备, 以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理, 以得到符合人们需要的信号形式。

数字滤波是语音信号处理、图像处理、模式识别、频谱分析等应用的基本处理算法。

在数字信号处理中，滤波具有极其重要的作用。

数字滤波是谱分析、通信信号处理等的基本算法，它能够满足滤波器对幅度和相位的严格要求，解决了模拟滤波器所无法克服的电压漂移、温度漂移和噪声等问题，同时用DSP芯片实现数字滤波除了具有稳定性好、精确度高、不受环境影响等优点外，又有很高的可编程性和灵活性。

本文采用数字滤波器的设计基础及用窗函数法设计FIR滤波器的方法，用CCS 2.0进行观察效果。

关键词：FIR滤波 MATLAB 窗函数法 CCS1、设计目的1.1 掌握 FIR 数字滤波器的设计思路及方法步骤，学会设计各种低通、高通、带通滤波器。

1.2 学会利用DSP 技术课程以及其他有关先修课程的理论和生产实际知识去分 析和解决具体问题。

1.3 熟悉汇编语言，学会用 DSK/DEC5402 CCS2.0 软件编写C 语言程序和汇编语言程序。

1.4 培养自己对工程设计的独立工作能力。

2、设计要求2.1设计一FIR 低通滤波器，实现对语音信号的滤波。

2.2用语音信号去检验该滤波器，查看滤波效果。

根据老师的要求，我们自己拟定了滤波器的指标：Fs=8000hz ，Wp=1500 Hz ，Ws=2000 Hz ，通带波纹为0.01，阻带波纹为0.1，N=37。

3、课程设计内容通过 DSP 处理器控制 TLC320AD50 采集音频信号，在 CCS 软件中分析音频信号的频谱图，使用 Matlab 设计相应的 FIR 低通数字滤波器得到滤波器H(z)的系数，然后根据这些系数，编写 DSP 程序（C 语言或汇编）对已采集信号进行处理，最后在 CCS 软件中得到处理后音频信号的频谱图，比较滤波前后信号的频谱图。

数字信号处理课程设计说明书设计题目语音信号的处理与滤波系别计算机工程系专业班级通信061学生姓名学号指导教师日期日摘要：本文主要利用MATLAB工具采用双线性法和窗函数法设计IIR滤波器和FIR数字滤波器，并通过所设计的滤波器进行语音信号滤波分析，初步学会信号处理的过程和分析问题的能力。

关键词：MA TLAB 滤波器设计一．引言随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理已成为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。

在数字信号处理应用中，数字滤波器十分重要并已获得广泛应用。

二．MATLAB工具简介1．MA TLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）之意，现已发展成为适合多学科，多种工作平台的功能强大的大型软件，已经成为线性代数，自动控制理论，数理统计，数字信号处理，时间序列分析，动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；2．MA TLAB的语言特点（1）。

语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。

MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。

由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。

（2）运算符丰富。

由于MA TLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MA TLAB的运算符将使程序变得极为简短。

（3）MA TLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。

（4）程序限制不严格，程序设计自由度大。

例如，在MA TLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。

（5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可在各种型号的计算机和操作系统上运行。

（6）MA TLAB的图形功能强大。

在FORTRAN和C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。

摘要数字信号处理（DSP）是20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号处理的一门学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。

Matlab是一套用于科学工程计算的可视化高性能软件，是一种交互式的以矩阵为基本数据结构的系统，具有强大的矩阵运算能力，是本次课程设计的计算机辅助分析与设计部分的基础。

本设计通过运用MATLAB软件采集一段语音信号、回放语音信号并画出语音信号的时域波形和频谱图。

再在Matlab中分别设计不同形式的IIR和FIR数字滤波器。

之后对采集的语音信号经过不同的滤波器（低通、高通、带通）后，再对其进行频谱分析，通过分析滤波前后频谱图的区别，比较不同滤波器的滤波效果及其对语音信号的影响。

关键词：DSP；语音信号处理；MATLAB；滤波器目录1 绪论 (1)2 课程设计目的与内容 (2)2.1设计目的 (2)2.2设计内容 (2)3 设计原理 (2)3.1 用窗函数法设计FIR滤波器 (2)3.2 用双线性变换法设计IIR数字滤波器 (3)4 设计程序的调试和运行结果 (7)4.1预习题部分 (7)4.2设计题部分 (11)4.2.1 语音信号的频谱分析 (11)4.2.2 污染信号的频谱分析 (12)4.2.3 IIR滤波器——切比雪夫型滤波器 (14)4.2.4 FIR滤波器—hanning窗滤波器 (17)5 课程设计的思考与体会 (20)5.1设计思考 (20)5.2设计体会 (20)参考文献 (22)致谢 (23)附录 MATLAB程序代码 (24)1 绪论随着信息化的推进，数字信号处理的地位和作用变得越来越重要。

因为信息化的基础是数字化，而数字化的核心技术就是数字信号处理。

半个世纪以来，在如此强有力的需求牵引下，伴随着计算机技术、微电子技术日新月异的突破，数字信号处理的方法和应用越来越广泛和深入，发展十分迅速。

语音信号的滤波处理胡勇200921011003一、概述语音信号的滤波处理是数字信号处理领域目前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。

简单的语音信号滤波处理的基本流程如下框图：二、语音信号预处理（一）信号采样利用麦克风录制一段语音1，在MATLAB中，利用函数wavread.m将其转化为数字向量，并使用函数sound.m进行处理前声音回放，以便比对。

（二）频率确定人的语音信号频率一般集中在200 Hz到4.5 kHz之间，通过将信号从时域到频域的变换，以确定语音信号频率实际范围，来决定滤波器的设计类型。

若噪声为加性的，采用简单的频谱分析即可确定语音信号频率范围；但若噪声为乘性的或卷积性的，则需利用倒谱进行分析，此时采用同态滤波器(homomorphic filtering)，即广义线性滤波器的基本思路来去噪。

如Figure 1频谱图所示，该语音信号中人的语音频率主要集中在0—700Hz 之间，而相对的大于700Hz的几个凸起则为噪声；在倒谱图中，除开始和结束1语音文件可从/u/ish?uid=1713628781处获得,信号采样频率为11025Hz,采样大小8Bit,单声道.有一定的卷积性噪声影响外，其他时间可以确定为加性噪声的影响。

三、滤波器设计数字滤波器(Digital Filter)根据幅频特性所表示的通过或阻止信号频率范围的不同，滤波器可分为四种，即低通(LP, Low Pass)、高通(HP, High Pass)、带通(BP, Band Pass)和带阻(BS ,Band Stop)滤波器。

一般而言，大多数噪声都存在于高频部分。

本文拟采用Butterworth滤波器，Chebyshev I型滤波器，窗函数，Chebyshev 一致逼近法等设计的滤波器进行除噪处理。

(一) Butterworth滤波器信号频率集中在0—700Hz之间，于是将低通滤波器技术要求，定为通带截止频率为700Hz，阻带下限截止频率为1000Hz，通带衰减为0.25dB，阻带衰减为50dB。

目录一、课程设计目的 (2)二、课程设计要求 (2)三、详细设计过程 (3)四、调试分析 (9)五、分析结果 (9)六、心得体会 (10)七、参考文献 (10)八、程序 (11)九、附录 (12)一、课程设计目的综合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结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解。

采用Matlab进行数字信号处理课程设计，实践证明，使我们加深了对课堂抽象概念的理解，巩固了课堂上所学的理论知识，并能很好地理解与掌握数字信号处理中的基本概念、基本原理、基本分析方法。

在课程设计中，让我们录制自己的声音，设计滤波器对声音进行处理，大大激发了我们的学习兴趣，使我们很快地掌握编程方法和解决实际问题的技巧Matlab是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化数学软件，被誉为“巨人肩上的工具”。

Matlab的含义是矩阵实验室（MATRIX LABORATORY）。

经过十几年的完善和扩充，它已发展成为线性代数课程的标准工具。

它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境。

在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需要简单地列出数学表达式，其结果便以数值或图形方式显示出来。

Matlab的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的Cleve Moler博士，他也是生产经营MATLAB产品的美国Mathworks公司的创始人之一。

MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。

MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理、数字图形处理等领域的分仿真和设计工作中，而且利用MATLAB产品的开发式结构，用户可以非常容易地对MATLAB进行扩充。

二、课程设计基本要求（1）熟悉离散信号和系统的时域特性。