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语音信号去噪 ——数字滤波器的设计摘要：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。
仿真说明所设计滤波器的正确性。
通过这次毕业设计，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。
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 数字滤波器数字滤波器 Remove noise in the speech signal ————the design of digital filter the design of digital filter Abstract ：In modern communication systems, a variety of complex noise may mix in the nature of sounds. The classic disciplines of the digital signal processing can solve this problem, one of the most common method is to use a filter to filter those clutter noise. FIR digital filter is the basic part part of of of filter filter filter design. design. The The main main main research research research content content content of of of this this this paper paper paper is is is based based based on on on Matlab Matlab Matlab software software software simulation simulation simulation to to design a digital filter, in which to cancel the high frequency noise of the speech signal, then it will eliminate the high high frequency frequency frequency noise noise noise and and and the the the speech speech speech signals signals signals from from from time time time domain domain domain and and and frequency frequency frequency domain domain domain characteristics characteristics characteristics in in in this this analysis analysis before before before and and and after, after, after, and and and analysis analysis analysis the the the differences differences differences test test test the the the filtering filtering filtering characteristics. characteristics. characteristics. In In In this this this issue, issue, issue, using using using a a simple simple window window window function function function method method method to to to design design design a a a FIR FIR FIR digital digital digital filter, filter, filter, Matlab Matlab Matlab simulation simulation simulation shows shows shows the the the correct correct correct of of of the the designed filter. Through the design of this graduation design, we will understand the principle of speech signal analysis and filtering, and lay the foundation for the filter design.Key words: Matlab; window function method; FIR digital filter 作 者指导教师目录1 引言................................................................................................................................................ 31.1 课题研究现状课题研究现状 ....................................................................................................................... 31.2 课题研究目的课题研究目的 ....................................................................................................................... 31.3 课题研究内容课题研究内容 ....................................................................................................................... 31.4 MA TLAB软件设计平台简介 .............................................................................................. 4 2 原始语音信号采集与处理原始语音信号采集与处理 .............................................................................................................. 52.1 课题设计步骤及流程图课题设计步骤及流程图 ...................................................................................................... 52.2 语音信号处理语音信号处理 ....................................................................................................................... 52.2.1 语音信号的采集语音信号的采集 .......................................................................................................... 52.2.2 语音信号的时域频谱分析语音信号的时域频谱分析 .......................................................................................... 62.2.3 语音信号加噪与频谱分析语音信号加噪与频谱分析 .......................................................................................... 8 3 FIR数字滤波器的设计数字滤波器的设计 (10)3.1 数字滤波器基本概念数字滤波器基本概念 (10)3.2 常用窗函数介绍常用窗函数介绍 (10)3.3 FIR数字滤波器概述数字滤波器概述 (10)3.4 FIR滤波器的窗函数设计滤波器的窗函数设计 (11)3.5 滤波器的编程实现滤波器的编程实现 (13)3.6 用滤波器对加噪语音信号进行滤波用滤波器对加噪语音信号进行滤波 (14)3.7 回放语音信号回放语音信号 (16)4 结论 (17)致谢 (18)参考文献 (19)参考文献20世纪60年代中期数字信号处理领域形成的诸多富有实践性的的理论和算法，如快速傅立叶变换（FFT ）以及各种数字滤波器等是语音信号数字处理的各项理论和技术基础。
工学院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。
![[论文]语音信号分析课程设计报告-语音信号处理系统设计](https://img.taocdn.com/s1/m/13cd14ca02020740bf1e9bbf.png)
信号与线性系统课程设计报告课题三语音信号处理系统设计班级：姓名：学号：成绩：指导教师：日期：目录摘要---------------------------------------------------------------------------------------------- 2关键词 ------------------------------------------------------------------------------------------- 2 1课程设计的目的、意义----------------------------------------------------------------- 3 2设计任务及技术指标 -------------------------------------------------------------------- 3 3 设计方案论证 ----------------------------------------------------------------------------- 3 3.1 设计理论依据----------------------------------------------------------------------------------- 33.1.1 采样定理 -------------------------------------------------------------------------------- 33.1.2 采样频率 -------------------------------------------------------------------------------- 33.1.3 采样位数与采样频率 ---------------------------------------------------------------- 4 3.2 语音信号的分析及处理方法 --------------------------------------------------------------- 43.2.1 语音的录入与打开 ------------------------------------------------------------------- 43.2.2 时域信号的FFT分析 ---------------------------------------------------------------- 43.2.3 滤波器设计 ----------------------------------------------------------------------------- 53.2.4 IIR滤波器与FIR滤波器的性能比较---------------------------------------------- 73.2.5语音信号特征参数提取-------------------------------------------------------------- 74 设计内容------------------------------------------------------------------------------------ 8 4.1语音信号分析 ----------------------------------------------------------------------------------- 84.1.1 原始语音信号分析 ------------------------------------------------------------------- 84.1.2对原始信号重采样并回放----------------------------------------------------------- 94.1.3对原始信号加入干扰噪声并分析----------------------------------------------- 114.1.4滤波器设计及其特性分析--------------------------------------------------------- 124.1.5对带噪信号滤波并分析------------------------------------------------------------ 13 4.2 图形用户界面--------------------------------------------------------------------------------- 154.2.1图形用户界面概念 ------------------------------------------------------------------ 154.2.2图形用户界面设计 ------------------------------------------------------------------ 154.2.3图形用户界面制作 ------------------------------------------------------------------ 154.2.4图形用户界面的设计程序--------------------------------------------------------- 16 4.3 对语音信号部分时域参数计算 ---------------------------------------------------------- 234.3.1对语音信号进行分帧 --------------------------------------------------------------- 234.3.2计算语音信号的短时能量--------------------------------------------------------- 244.3.3计算语音信号的短时平均过零率----------------------------------------------- 254.3.4计算语音信号的短时自相关函数----------------------------------------------- 265 实验结果与分析 ------------------------------------------------------------------------- 276 总结----------------------------------------------------------------------------------------- 28参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------- 28课题三语音信号处理系统设计摘要：数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。
数字信号处理中的滤波器设计及其应用数字信号处理中的滤波器是一种用于处理数字信号的工具，它能够从信号中去除杂音、干扰等不需要的部分，使信号变得更加清晰、准确。
在数据通信、音频处理、图像处理等各种领域都有着广泛的应用。
本文将探讨数字信号处理中的滤波器设计及其应用。
一、滤波器的分类根据滤波器能否传递直流分量，可以将滤波器分为直流通、低通、高通、带通和带阻五种类型。
1.直流通滤波器：直流通滤波器不会滤除信号中的直流分量，只是将信号波形的幅值进行调整。
它主要用于直流电源滤波、电池充电电路等。
2.低通滤波器：低通滤波器可以通过滤除信号中的高频分量来保留低频分量，其截止频率通常指代3dB的频率，低于该频率的信号通过的幅度保持不变，而高于该频率的信号则被削弱。
低通滤波器主要用于音频处理、语音识别等。
3.高通滤波器：高通滤波器与低通滤波器相反，它滤除低频分量，只保留高频分量。
其截止频率也指代3dB的频率，高于该频率的信号通过的幅度保持不变。
高通滤波器主要用于图像处理、视频处理等。
4.带通滤波器：带通滤波器可以通过滤除一定频率范围内的信号，使得出现在该频率范围内的信号通过，而其他的信号则被削弱。
带通滤波器主要应用于频率选择性接收和频率选择性信号处理。
5.带阻滤波器：带阻滤波器可以通过滤除一定频率范围内的信号，使得不在该频率范围内的信号通过，而其他的信号则被削弱。
带阻滤波器主要应用于频率选择性抑制和降噪。
二、滤波器设计方法滤波器的设计需要考虑其所需的滤波器类型、截止频率、通/阻带宽度等参数。
现有的设计方法主要有两种：频域设计和时域设计。
1.频域设计：频域设计是一种基于频谱分析的滤波器设计方法，其核心是利用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号，进而根据所需的滤波器类型和参数进行滤波器设计。
常见的频域设计方法包括理想滤波器设计、布特沃斯滤波器设计、切比雪夫滤波器设计等。
理想滤波器设计基于理想低通、高通、带通或带阻滤波器的理论，将所需的滤波器类型变换为频率响应函数进行滤波器设计。
数字信号处理课程设计报告设计题目：基于DSP 的 FIR 数字滤波器的设计专业班级学号学生姓名指导教师教师评分目录一、摘要 (1)二、概述 (2)三、系统设计 (3)3.1 DSP 系统原理框图 (3)3.2 DSP 系统各部分分析 (4)四、硬件设计 (5)4.1 硬件整体电路及框图 (5)4.2 硬件各部分组成简介 (6)五、软件设计 (10)5.1 FIR 数字滤波器的基本网络结构 (10)5.2 FIR 数字滤波器的设计 (10)5.2.1 FIR 滤波器的主要特点 (10)5.2.2 FIR 滤波器设计方法 (10)5.2.3 窗函数法设计的基本思想 (11)5.2.4 用窗函数设计FIR滤波器的步骤 (12)5.3 FIR数字滤波器的MATLAB的实现 (13)5.3.1 Matlab软件介绍 (13)5.3.2 用Matlab实现FIR数字滤波器的几种方法 (13)5.4 FFT参数的计算 (17)5.5 DSP程序流程图 (17)六、实验结果 (19)七、个人总结 (21)八、参考文献 (22)附件： (23)数字信号处理课程设计一、摘要数字滤波器是数字信号处理中最重要的组成部分之一，数字滤波器是由数字乘法器、加法器和延时单元组成的一种算法或装置，可作为应用系统对信号的前期处理。
DSP芯片实现的数字滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强及不受外界影响等特性。
因此基于DSP实现的数字滤波器广泛应用于语音图像处理、数字通信、频谱分析、模式识别、自动控制等领域，具有广阔的发展空间。
本文首先介绍了数字滤波器的概念及分类，以及数字滤波器的实现方法。
在理解FIR 滤波器的工作原理及其设计方法的基础上，在MATLAB环境下利用矩形窗设计实现FIR滤波器。
然后通过DSP结合CCS2.0软件进行编程，最终实现了基于DSP的FIR数字低通滤波器的设计。
仿真结果表明，基于DSP实现的滤波器具有稳定性好、精确度高、灵活性强等优点，并能实现对信号的实时滤波。
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设计及在语音信号分析中的应用专业通信工程班级通信工程1101《数字信号处理》课程设计任务书一、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，建立概念。
二、设计要求1、MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法。
2、Windows 环境下语音信号采集的方法。
3、数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。
4、TLAB 设计FIR 和nR 数字滤波器的方法。
5、用 MATLAB 对信号进行分析和处理6、计报告4000以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。
7、机演示。
8、有详细的文档。
文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。
三、进度安排第一周星期一：课题讲解，查阅资料星期二: 总体设计，详细设计星期三：编程，上机调试、修改程序星期四：上机调试、完善程序星期五：答辩星期六-星期天：撰写课程设计报告附：课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。
正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。
正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分；三、主要功能的实现；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。
目录1、课题的主要功能 (1)1.1 问题描述 (1)1.2 功能要求 (1)2、课题的功能模块的划分 (2)3、滤波器实现的原理 (3)3.1 FIR滤波器 (3)3.2 窗函数设计法 (3)4、程序调试 (4)4.1 对原始信号进行时域和频域的分析 (4)4.2 含噪语音信号的合成 (5)4.3 数字滤波器的设计及滤波 (8)5、总结 (16)6、附件 (16)7、评分表 (21)1、课题的主要功能1.1 问题描述语音信号采集（每个同学必须录制本人的语音信号）录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。
CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 数字信号处理课程设计题目：数字信号处理——语音信号的数字滤波处理(九)学生姓名：翦杰学号： 200757170119班级: 07-01专业：电子信息工程指导教师：席燕辉文卉王创新实习起止时间: 2010年6月28日至2010年7月9日题目数字信号处理—语音信号的数字滤波处理(九)学生姓名：翦杰学号： ************班级：电子信息工程07-01所在院(系): 电气与信息工程指导教师：席燕辉文卉王创新完成日期: 2010年7月9日语音信号的数字滤波处理(九)摘要本次设计的内容为切比雪夫及hamming低通、高通、带通滤波器，并利用MATLAB 平台进行设计。
首先通过声音处理语句得到声音信号的时域数据，利用FFT变换可得到频域数据，以此进行频率分析。
然后对原语音信号进行加噪处理，得到被污染信号。
最后将被污染信号通过设计的滤波器，实现滤波功能，得到滤波后的语音信号。
滤波器分别用切比雪夫II型和hamming窗设计，间接法设计IIR滤波器采用双线性变换法，滤波器设计指标由频谱分析得到。
通过声音播放语句进行语音播放，可观察声音的变化；通过图形处理语句和FFT得到时域图和频谱图，可分析得到滤波器对频率的滤波功能。
关键词：切比雪夫；声音处理；hamming；MATLAB；FFT目录1 绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的 (2)2 课程设计预习与原理 (3)2.1 课程设计预习 (3)2.1.1 卷积运算的演示 (3)2.2.2 采样定理的演示 (9)2.2 课程设计原理 (11)2.2.1 频谱分析原理 (11)2.2.2 IIR设计原理 (12)2.2.3 FIR设计原理 (12)3 课程设计步骤和过程 (15)3.1 IIR设计步骤和过程 (15)3.2 FIR设计步骤和过程 (15)4 设计程序的调试和运行结果 (17)4.1 切比雪夫低通滤波器程序的调试和运行结果 (17)4.2 切比雪夫高通滤波器程序的调试和运行结果 (19)4.3 切比雪夫带通滤波器程序的调试和运行结果 (21)4.4 hamming低通滤波器程序的调试和运行结果 (23)4.5 hamming高通滤波器程序的调试和运行结果 (25)4.6 hamming带通滤波器程序的调试和运行结果 (27)5 总结 (29)参考文献 (32)附录 (33)附录 A (33)附录 B (45)1 绪论1.1 课题背景随着软硬件技术的发展，仪器的智能化与虚拟化已成为未来实验室及研究机构的发展方向。
数字信号处理课程设计报告姓名：班级：学号：指导老师：华南农业大学电子工程学院一、设计方案分析题目一：①录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；②给定滤波器的性能指标（技术指标：通带截止频率1khz 带内最大衰减-3db 阻带截止频率4khz 阻带内最小最小衰减-30db），采用窗函数法或双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；③用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化，回放语音信号。
设计方案分析：用手机录音功能录下一段语音信号，再使用迅雷转换器将MP3音频转换成.WAV格式，使用audioread('xxx.wav')函数读取音频信号，用fft函数对语音信号进行DFT变换，得到时域和频域图；对于滤波器的性能指标通带截止频率1khz 带内最大衰减-3db 阻带截止频率4khz 阻带内最小最小衰减-30db，利用双线性变换法设计该低通滤波器，根据模拟滤波器技术指标设计为响应的模拟低通滤波器；[n,Wn]=buttord(wp,ws,Ap,As,’s’)[z,p,k]=buttap(n);设计模拟滤波器[b,a]=zp2tf(z,p,k); 将系统函数的零极点转化为系统函数一般形式的系数[bn,an]=lp2lp(b,a,Wn);其中wp=2pif1/fs，ws2pif1/fs，Ap=3，As=30再利用[bz,az]= bilinear (bn,an,1/Ts)函数把模拟滤波器转换为数字滤波器；用设计的滤波器对语音信号进行滤波，使用filter(bz,az,x)函数。
题目二：老式唱机播放音乐时，常会听到“噼啪”类噪声。
“noisysound.wav”为带有这类噪声的音频文件，试设计算法滤除噪声，并从时域和频域比较处理前后的差异。
设计方案分析：通过观察所给音频文件的时域及频域图，得知噪声大多是为高频成分，所以要滤除噪声，可采用低通滤波器对语音信号进行滤波处理。
1.1 课题背景数字滤波是数字信号处理的重要内容，数字滤波器可分为IIR和FIR两大类。
对于IIR数字滤波器的设计，需要借助模拟原型滤波器，再将模拟滤波器转化为数字滤波器，文中采用的设计方法是脉冲响应不变法、双向性变换法和完全函数设计法；对于FIR数字滤波器的设计，可以根据所给定的频率特性直接设计，文中采用的设计方法是窗函数法。
根据IIR滤波器和FIR滤波器的特点，在MATLAB坏境下分别用双线性变换法设计IIR和用窗函数设计FIR数字滤波器，并对采集的语音信号进行分析，最后给出了IIR 和FIR对语音滤波的效果。
1.2 课题要求1.掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。
2.熟悉离散信号和系统的时域特性。
3.掌握序列快速傅里叶变换方法。
4.学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。
5.掌握利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。
6.掌握滤波器的网络结构。
2 课程设计预习与原理2.1 卷积运算的演示2.1.1 线性卷积序列x1(n)=[2 0 1 2 5 7 0 5 0 2 0 3]，序列x2(n)=[2 0 0 1 0 1 1 0]。
动态演示两个序列进行线性卷积x1(n)﹡x2(n)的翻转、移位、乘积、求和的过程。
其中翻转采用fliplr，程序如下：n=-7:18;M=17;yn=zeros(1,19);figure(1)stem(yn);xlabel('n')ylabel('y(n)')xn1=[2 0 1 2 5 7 0 5 0 2 0 3];xm1=[zeros(1,7) xn1 zeros(1,7)];%为26个数字的矩阵figure(2)stem(n,xm1)xlabel('m')ylabel('x1(m)')xn2=[2 0 0 1 0 1 1 0];xm2=[fliplr(xn2) zeros(1,18)]; %移位，补零为26个数字的矩阵figure(3)stem(n,xm2)xlabel('m')ylabel('x2(N-m)')title('n=0')yn(1)=sum((xm1.*xm2)');%对xm1与xm2进行对应原素乘方之后进行数组转置，求和;即为求卷积figure(4)stem(yn)xlabel('n')ylabel('y(n)')title('n=N')for N=1:17xm3=[zeros(1,N) fliplr(xn2) zeros(1,M)];figure();stem(n,xm3)xlabel('m')ylabel('x2(N-m)')title('n=N')M=M-1;yn(N+1)=sum((xm1.*xm3)');figure()stem(yn)xlabel('n')ylabel('y(n)')title('n=N')endxm3=[zeros(1,18) fliplr(xn2)]figure()stem(xm3)xlabel('m')ylabel('x2(N-m)')title('n=N');yn(19)=sum((xm1.*xm3)');figure()stem(yn)xlabel('n')ylabel('y(n)')2.1.2循环卷积序列x1(n)=[2 0 1 2 5 7 0 5 0 2 0 3]，序列x2(n)=[2 0 0 1 0 1 1 0]，N=12。
学号14112220266毕业设计(论文)题目: 基于MATLAB的语音信号滤波处理作者夏杰届别2015届院别信息与通信工程学院专业电子信息工程指导教师罗朝明职称副教授完成时间2015年5月17日摘要随着计算机和信息科学的飞速发展，信号处理逐渐发展成为一门独立的学科，成为信息科学的重要组成部分，在语音处理、雷达、图像处理、通信、生物医学工程等众多领域中得到广泛应应用。
本论文研究了滤波器的设计，并通过设计好的滤波器语来分析语音信号。
在计算机中录入一段语音信号，通过MATLAB对语音信号进行时频变换和分析；再通过MATLAB构造一定频率的噪音信号，再将两个信号进行合成；然后设计不同类型的数字滤波器对其噪音进行滤波处理。
关键词：MATLAB；语音信号；滤波器；仿真；AbstractWith the rapid development of computers and information science, signal processing is becoming an independent discipline, and playing an important part in information science. It has been widely applied in speech processing, radar, image processing, communication, bio-medical engineering and many other fields.This paper has studied the filter design, and it analyses the voice signal through the designed filter. After recording a voice signal in the computer, then doing the time-frequency transformation and analyses for the voice signal through MATLAB. We construct a fixed-frequency signal, and synthesis the two signals, and it deals with filter processing on the speech signal with noise, and analyses the signals in the time domain and frequency domain.Keyword: Matlab；V oice signal；Filter；Simulation；目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1 语音信号滤波处理的简介 (1)1.2 数字滤波器的概念 (1)1.3 MATLAB软件的介绍 (2)1.4 论文各章节的安排 (3)第二章语音信号的频谱分析 (5)2.1 快速傅里叶算法的原理 (5)2.2语音信号的采集及频谱分析 (10)2.3语音信号的加噪处理及频谱分析 (12)第三章数字滤波器的设计 (15)3.1数字滤波器的设计原理 (15)3.2 用窗函数法设计FIR数字滤波器 (17)3.3 用双线性法设计IIR数字滤波器 (21)第四章语音信号的滤波 (24)4.1 语音信号的滤波测试 (24)4.2加噪语音信号的滤波处理 (27)第五章总结和展望 (29)5.1 课题总结 (29)5.2课题展望 (29)参考文献 (30)致谢 (31)第一章绪论1.1语音信号滤波处理的简介语音信号的基本组成单位是“音素”。
信号处理综合设计设计说明书设计项目：语音信号的数字滤波处理项目完成人：姓名：学号：专业班级：电子信息工程二班指导教师：提交日期： 2017.1.7机电工程学院电子信息工程1.设计基本原理1.1课题研究的背景1)熟悉离散信号和系统的时域特性。
2)掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。
3)掌握序列快速傅里叶变换方法。
4)练习对MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。
5)学习利用MATLAB对语音信号进行频谱分析。
6)学习设计巴特沃斯滤波器以及采用hamming窗设计FIR数字低通，高通和带通滤波器的方法。
1.2课题研究意义通过本次课程设计，综合运用数字信号处理技术课程和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，并使所学知识得到进一步巩固、深化和发展。
初步培养学生对工程设计的独立工作能力，学习设计的一般方法。
通过课程设计树立正确的设计思想，提高学生分析问题、解决问题的能力。
进行设计基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试，了解语音信号的产生、采集、能绘制语音信号的频率响应曲线及频谱图，学会用MATLAB对语音信号进行分析和处理，学习设计滤波器的一般方法，通过课程设计树立正确的设计思想，提高分析问题、解决问题的能力，掌握用滤波器去除语音信号噪声的方法，观察去噪前后的语音信号，进行设计基本技能的训练，如查阅设计资料和手册、程序的设计、调试等。
设计任务2.1课题设计的任务(1)(2) 熟悉离散信号和离散系统的时域特性。
(3) 掌握序列快速傅里叶变换（FFT ）方法。
(4) 掌握滤波器的几种网络结构。
(5) 学会使用软件MATLAB ，掌握其程序设计方法。
(6) 掌握利用MATLAB 对语音信号进行频谱分析的方法。
2.2课题研究的内容预习题部分1、设计卷积运算的演示程序:① 可输入任意两个序列x1(n)、x2(n)，指定x1(n)为自己的学号，例如x1(n)={2, 0, 1, 0, 5, 7, 0, 5, 0, 2, 0, 1}。
x2(n)的内容和长度自选。
例如x2(n)={0.5, 2.43, 6.17, 12.93, 22.17, 32.25, 40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.007}。
② 分别动态演示两个序列进行线性卷积x1(n)*x2(n)和圆周卷积x1(n)⊙x2(n)的过程；要求分别动态演示翻转、移位、乘积、求和的过程；③ 圆周卷积默认使用两个序列中的最大长度，但卷积前可以指定卷积长度N 用以进行混叠分析；④ 改变圆周卷积长度N ，根据实验结果分析两类卷积的关系；⑤ 在计算机操作系统中选一段声音文件(XP 系统在“C:\WINDOWS\Media ”)，读取文件取10ms 的声音数据产生时域序列x1(n)，序列内容自定义。
利用x2(n)={0.5, 2.43, 6.17, 12.93, 22.17, 32.25, 40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25, 22.17, 12.93, 6.17, 2.43, 1.007}。
利用FFT 实现快速卷积，验证时域卷积定理，并与直接卷积进行效率对比（验证时采用Matlab 子函数）。
2、编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2f c 时，产生的混叠效应：① 对下面连续信号进行采样：00()sin()(),at a x t Ae t u t A n a n -=Ω==Ω==，，学号，A 为幅度因子，a为衰减因子，0Ω为模拟角频率，其中n 为学号(例如，贺娜同学n=201)；②要求输入采样频率f s（根据程序处理需要指定范围）后，在时域演示信号波形、采样脉冲及采样后信号；在频域演示不同采样频率下对应信号的频谱。
设计题部分数字滤波器设计及其应用①利用Windows下的录音机或其他软件，进行语音信号的采集（*.wav）；②语音信号的频谱分析，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；③产生噪声信号并加到语音信号中，得到被污染的语音信号，并回放语音信号；④污染信号的频谱分析，画出被污染的语音信号时域波形和频谱；⑤根据有关的频谱特性，采用间接法设计IIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个IIR滤波器）a．模拟滤波器类型：巴特沃斯滤波器（低通、带通、高通）b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标⑥根据有关的频谱特性，采用直接法设计FIR数字滤波器，并画出相应滤波器的幅频、相频图（设计3个FIR滤波器）a．滤波器类型：汉宁(Hanning)窗（低通、带通、高通）b．总体要求：Matlab原程序+仿真波形+技术指标+窗函数⑦用自己设计的这些滤波器分别对被不同噪声污染的信号进行滤波；⑧分析得到信号的频谱，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号。
设计提示1．语音信号的采集要求利用windows下的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000Hz，8位，单声道）录制一段自己的话音，或者采用Windows自带的声音文件（默认为22050Hz），时间控制在几秒左右。
然后在MATLAB软件平台下，利用函数wavread 对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
通过wavread函数的使用，要求理解采样频率、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，返回采样值放在向量y中。
[y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y中，fs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,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。
2．语音信号的频谱分析要求首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速付立叶变换，得到信号的频谱特性；从而加深对频谱特性的理解。
3．设计数字滤波器和画出频率响应根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标，例如：1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；2）高通滤波器性能指标，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz，As=100dB，Ap=1dB；3）带通滤波器性能指标，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。
4.回放语音信号在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。
其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。
5.语音的反转将女生的一段声音反转成男生，或者将男生的声音反转成女生。
2.3课题研究的指标在设计一个滤波器之前，必须首先根据工程实际的需要确定滤波器的技术指标。
在很多实际应用中，数字滤波器常常被用来实现选频操作。
因此，指标的形式一般在频域中给出幅度和相位响应。
幅度指标主要以两种方式给出。
第一种是绝对指标。
它提供对幅度响应函数的要求，一般应用于FIR滤波器的设计。
第二种指标是相对指标。
它以分贝值的形式给出要求。
在工程实际中，这种指标最受欢迎。
对于相位响应指标形式，通常希望系统在通频带中人有线性相位。
运用线性相位响应指标进行滤波器设计具有如下优点：①只包含实数算法，不涉及复数运算；②不存在延迟失真，只有固定数量的延迟；③长度为N 的滤波器（阶数为N-1），计算量为N/2数量级。
因此，本文中滤波器的设计就以线性相位FIR滤波器的设计为例。
预习部分练习1.线性卷积n1=1:40;n2=1:40;x1=[zeros(1,12),2,0,1,4,2,2,1,0, 1,2,0,0,zeros(1,16)];x2=[zeros(1,12),2,4,5,6,2,7,4,8, 9,6,4,8,3,5,7,8,zeros(1,12)];x11=zeros(size(x1));subplot(3,1,1)stem(n1,x1)subplot(3,1,2)stem(n2 ,x2)pause(1);for i=1:24x11(i)=x1(25-i);endfor i=25:40x11(i)=0;endsubplot(3,1,1)stem(n1,x11);pause(1)x3=zeros(size(x11));for i=1:28x11=[zeros(1,1),x11(1:(40-1))]; x3(i)=sum(x11.*x2);subplot(3,1,1)stem(n1,x11)subplot(3,1,3)x4=[zeros(1,12),x3(1:i),zeros(1, 28-i)];stem(n1,x4)pause(1)end圆周卷积x=[2,0,1,4,2,2,1,0,1,2,0,0];y=[5,4,3,6,1,7,4,8,4,5,4,8,3,8,7,8]; subplot(2,1,1)stem([x,zeros(1,28)]);N1=length(x);N2=length(y);N=N1;if N2>N1N=N2;endM=input('请输入圆周卷积长度\n');if M>=NN=M;end if N==N1x=x;elsex=[x,zeros(1,N-N1)]; endX=zeros(N,N);x1=zeros(1,N);pause(2)for n=1:Nif n==1x1(n)=x(n);elsex1(n)=x(N-n+2);endendX(1,1:N)=x1;for i=2:Npause(1)for n=1:Nif n==1X(i,n)=X(i-1,N);elseX(i,n)=X(i-1,n-1);endendsubplot(2,1,1)stem(X(i,1:N)); endif N2<Ny=[y,zeros(1,N-N2)]; endY=y';W=X*Y;W=W';n=1:N;subplot(2,1,2)stem(n,W)分析总结：由以上分析可知，当循环卷积区间长度大于28时，不会出现混叠显现；当循环卷积长度小于28时，会出现混叠现象从而失真。
利用FFT实现快速卷积x1=wavread('Alarm01.wav',2000);x1=x1';x1=x1(1,:);x2=[1 2.43 6.17 12.93 22.17 32.25 40.88 45.87 45.87 40.88 32.25 22.17 12.93 6.17 2.43 1];subplot(7,1,1);stem(x1);ylabel('x1(n)');title('x1(n)');subplot(7,1,2);stem(x2);ylabel('x2(n)');title('x2(n)');y=conv(x1,x2);subplot(7,1,3);stem(y);ylabel('y');title('x1(n)与x2(n)的卷积'); N1=length(x1);N2=length(x2);N=N1+N2-1;X1=fft(x1,N);X2=fft(x2,N); subplot(7,1,4);stem(X1);ylabel('X1');title('x1(n)的N点DFT'); subplot(7,1,5);stem(X2);ylabel('X2');title('x2(n)的N 点DFT'); Y1=X1.*X2; subplot(7,1,6); stem(Y1); ylabel('Y1');title('X1与X2相乘的结果'); Y2=ifft(Y1); subplot(7,1,7); stem(Y2); ylabel('Y2');title('Y1的IDFT 结果');fs=input('请输入采样频率:'); n=input('请输入4位学号:'); t=0:1/fs:1; t1=0:0.0005:1; A=n;a=sqrt(2)*n*pi; w=a;x=A*exp(-a*t).*sin(w*t); x1=A*exp(-a*t1).*sin(w*t1); subplot(5,1,1) plot(x1);xn=ones(1,length(t));subplot(512) stem(xn) yn=xn.*x;subplot(5,1,3) stem(yn); y=fft(yn,fs); f=fs*(0:fs/2)/fs; subplot(5,1,4)plot(f,y(1:fs/2+1)); yn=ifft(y); subplot(5,1,5) plot(yn)编写程序演示采样定理（时域采样、频谱周期延拓），同时演示采样频率小于2fc时，产生的混叠效应（n=14）：t=0:0.0005:0.3;xa=14*exp(-14*sqrt(2)*pi*t).*sin(14*sqrt(2)*pi*t);subplot(6,1,1);plot(t,xa);title('origin xa')t=0.015;n=0:t:0.3;pt=ones(0.3/t+1);subplot(6,1,2);stem(n,pt);title('采样脉冲');xaa=14*exp(-14*sqrt(2)*pi*n).*sin(14*sqrt(2)*pi*n);subplot(6,1,3);stem(n,xaa);title('采样后信号');y1=fft(xa,4096);subplot(6,1,4);plot(abs(y1));title('采样频率2kHz');y2=fft(xaa,4096);subplot(6,1,5);plot(abs(y2));title('采样频率66Hz');t=0.005;n=0:t:0.3;xa1=14*exp(-14*sqrt(2)*pi*n).*sin(14*sqrt(2)*pi*n);y2=fft(xa1,4096);subplot(6,1,6);plot(abs(y2));title('采样频率200Hz');结果分析总结：当序列的长度为2^N时，可用FFT变换，再用两者频域相乘，逆变换成时域，计算速度比直接计算卷积快的多。
