通信工程专业本科毕业论文语音信号去噪――数字滤波器的设计

通信工程专业本科毕业论文语音信号去噪――数字滤波器的设计内容摘要：

信号采集与处理 课题 设计 步骤及流程图 本 课题 设计主要是 针 对一段 原始 语音信号，加入 设计 噪声后，用 窗 函数法设计出的FIR滤波器对加入噪声后的语音信号进行滤波去噪处理，并且分析对比前后时域和频域波形。 课题 的设计流程图如下图。 图 课题设计流程图 语音信号处理 语音信号的采集 将话筒输入计算机的语音输入插口上 ,启动录音机， 要求为 8000HZ， 8 位单声道的音频格式，如下图 所示， 按下录音按钮 ,接着对话筒一段话 ,说完后停止录音 ,屏幕左侧将显示所录声音的长度。 点击放音按钮 ,可以实现所录音的重现。 以文件名 “1”保存入 C:\ MATLAB \ work 中。 在 Windows 下录制一段格式为 .wav 的语音 加入 高频 噪声信号 对语音信号进行频谱分析，绘制出时域和频域图 用汉宁窗设计 FIR 滤波器 画出频率响应函数 用 FIR 滤波器对语音信号进行滤波 画出语音信号滤波前后频谱波形并进行分析 开始 结束 皖西学院本科毕业论文 (设计 ) 第 6 页 图 语音信号 的采集 语音信号的 时 域 频 谱 分析 Matlab 软件平台下 ，利用 wavread 函数对语音信号进行采样 ，采集出原始信号波形与频谱， [y,fs,bits]=wavread(39。 Blip39。 ,[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）。 其程序如下： [y,Fs,bits]=wavread(39。 39。 )。 y=y(:,1)。 sigLength=length(y)。 Y = fft(y,sigLength)。 Pyy = Y.* conj(Y) / sigLength。 halflength=floor(sigLength/2)。 f=Fs*(0:halflength)/sigLength。 figure。 plot(f,Pyy(1:halflength+1))。 xlabel(39。 Frequency(Hz)39。 )。 t=(0:sigLength1)/Fs。 figure。 plot(t,y)。 xlabel(39。 Time(s)39。 )。 得到 原始语音信号 时域 波 形 如下图 所示 ， 频域 幅度谱如下图 所示。 从图中可以看出 语音信号有 两个特点：在时 域内 语音信号随着时间 的延续 而 缓慢 变化，但在一较短 时间内，语音信号 基本 保持 稳定； 在频域内 语音信号的频谱 量 主要集中在 300～ 3400Hz的范围内 ， 利用这个特点，可以 利用一个 带通滤波器将此范围内的语音信号频率分量取出，然后按 8000Hz 的采样 频率 对语音信号进行采样，就可以 取得 离散的语音信号。 皖西学院本科毕业论文 (设计 ) 第 7 页 图 原始信号 时域 波形 图 原始信号频 谱 皖西学院本科毕业论文 (设计 ) 第 8 页 语音信号加噪与频谱分析 利用 MATLAB 程序 产生 噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其频谱分析。 其 主要 程序如下： fs=8000。 x1=wavread(39。 39。 )。 t=(0:length(x1)1)/8000。 f=fs*(0:1023)/2048。 Au=。 d=[Au*cos(2*pi*3800*t)]39。 %噪声为 x2=x1+d。 y1=fft(x1,2048)。 y2=fft(x2,2048)。 figure(1) 运行程序后得到加噪后的语言信号波形 如下图。 图 加噪后的语音信号 从上图可以看出，加入 ，在时域图上与原有信号的时域图有明显差异，在幅度 “0”位置处附近多出了高频成分，使加噪后的语音信号显得更加紧凑。 plot(t,x2) 皖西学院本科毕业论文 (设计 ) 第 9 页 xlabel(39。 time(s)39。 )。 ylabel(39。 幅度 39。 )。 figure(2) subplot(2,1,1)。 plot(f,abs(y1(1:1024)))。 xlabel(39。 Hz39。 )。 ylabel(39。 幅度 39。 )。 subplot(2,1,2)。 plot(f,abs(y2(1:1024)))。 xlabel(39。 Hz39。 )。 ylabel(39。 幅度 39。 )。 sound(x2,fs,bits)。 运行程序后得到原始语音信号和加噪后的语言信号的频谱 如下图。 图 原始语音信号频谱与加噪后的语音信号频谱比较 从上图对比可以看出，加噪后的语音信号 表现在频谱图上 在 多出 一个高频 脉冲 成分，表现在回放语音上能听到很刺耳很不舒适的噪音，原有信号听着 比较 模糊。 皖西学院本科毕业论文 (设计 ) 第 10 页 3 FIR 数字滤波器 的设计 数字滤波器 基本概念 所谓数字滤波器，是指输入 、 输出均为数字信号，通过一定运算关系改变输入信号所含频率成分的相对比例或者滤除某些频率成分的 一种数字滤波形式。 因此，数字滤波的概念个模拟滤波的相同，只是信号的形式和实现滤波方法不同。 由于 数字滤波通过数值运算实现滤波，所以 其 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滤波 功能。 常用窗函数介绍 常用的窗函数有矩形窗（ Rectangle Window） 、 三角窗（ Bartlett Windows） 、 汉宁窗（ Hanning），又称为升余弦窗 、 海明窗（ Hamming），又称为改进的升余弦窗 ， 除了以上几种常用窗函数以外，尚有布拉克曼（ Blackman）窗、凯塞（ kaiser）窗等。 对于选择 何种 窗函数，应 充分 考虑被 处理 信号的性质与 处理 要求 等。 如果仅要求 准确分辨 出主瓣频率，而不考虑 这种 幅值精度，则可选用主瓣宽度较窄 从 而便于分辨的矩形窗，例如 探测 物体的 自然震动 频率等；如果 分析 的信号是 窄带信号， 而 且 具 有较强的干扰噪声信号出现的话 ，则应 当 选用旁瓣幅度 较 小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等。 FIR 数字滤波器。