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实践教学

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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

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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。

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目 录

一、基本原理 ................................................................................................................................... 4 二、设计步骤 ................................................................................................................................... 8 三、总 结 ................................................................................................................................. 15 致 谢......................................................................................................................................... 17 参考文献......................................................................................................................................... 18 附 录......................................................................................................................................... 19

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一、基本原理

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),因而只能用较高的阶数达到高的选择性。FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低,但是线性相位,就是不同频率分量的信号经过fir滤波器后他们的时间差不变,这是很好的性质。FIR数字滤波器是有限的单位响应也有利于对数字信号的处理,便于编程,用于计算的时延也小,这对实时的信号处理很重要。 FIR滤波器因具有系统稳定,易实现相位控制,允许设计多通带(或多阻带)滤波器等优点收到人们的青睐。

IIR滤波器采用递归型结构,即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由延时、乘以系数和相加等基本运算组成,可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式,都具有反馈回路。同时,IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的模拟滤波器的成果,如巴特沃斯、契比雪夫和椭圆滤波器等,有现成的设计数据或图表可查,在设计一个IIR数字滤波器时,我们根据指标先写出模拟滤波器的公式,然后通过一定的变换,将模拟滤波器的公式转换成数字滤波器的公式。

本次课程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FIR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。对前后滤波前后的频谱进行分析比较,对不同的滤波器处理效果的比较。其原理框图如下图所示。

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