【精编】基于MATLAB的加噪语音信号的滤波

基于 MA L的加噪语音信号的滤波作者:日期：?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:207 年 12 月一滤波器的简述在ATLAB 环境下 II 数字滤波器和 FI 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(II)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IR 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：stem（系统)、Aly i（分析)、ool（工具)、Help（帮助）。数字滤波在 D P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 II（无限脉冲响应)和 FIR(有限脉冲响应）滤波器。如果 IRR滤波器和 F滤波器具有相同的性能,那么通常 IR 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、语音信号的录入打开 ma lab 平台，先使用 R=udi rcrdr(441,16,2）函数创建一个保存音频信息的对象，其中440表示采样频率为4410Hz,6 表示用 16 位存储,2 表示两通道。再使用 record(R)开始录音,对着电脑麦克风采集声音，录入的音频内容为“TLA 的课程大作业”。top()语句停止录入。然后将音频信息以数字矩阵存储。最后使用avwite 函数保存这段音频。原始语音R=audiorerder(44 0,16,2）;record（R）;st(R);myword=ge audi ata(R);plot(mys eh）w rite(myspee h,4410,6,ywrd）;程序图波形图：由输出的波形图可以看出，当采集“MATLAB 的课程大作业”这句音频信息时，波动明显，但受到环境的影响其他地方也有轻微的波动。2、语音信号的谱分析wavead读取存储在电脑中的音频。suond 函数回放语音信号,f t(y，)则是对 n 点进行傅里叶变换,实现从时域到频域。然后用pl t 函数画出语音信号的时域波形和频域波形图。y,fs,i satalb insou s.wav);sound(y,fs);=length（y）;_f=ff(y,);s*(0:n/-1）n;su o 11;pt（y);xabel(时间 s）;yabl(幅值 );title(加噪前的时域波形);sbpl t 2；lot(f,abs(y_f(1：n2）);xabl(频率 Hz）；label(频率幅值 ）;title(加噪前的频谱图);程序图:时域波形与频谱图如下：由时域波形图可以看出声音信号主要集中在了2.55.0s之间，在其他时间内只是有少量的波动。由频域波形图可以看出该声音信号的频率与人的发声频率相符合。3、语音加噪及谱分析对原始的语音信号进行加噪处理，使用 rand函数产生一个与音频信号等长度的高斯随机噪声信号（噪声大小取决于随机函数的幅度倍数）。然后通过信号的叠加 z=y+noe;，生成一个新的信号。再通过傅里叶变换得到信号在频域上的波形，最后画出时域与频域波形。lngh(）;nis=0.1*randn(L,2）;y=ynoise;soud(yz,f);n=lnth(y）;y_z=ff(_z,n)；=s*（0:/-1)/n;subp 1；plot(y_)；xlabel(时间 s);ylael(幅值)；titl(加噪后的时域波形);uplot 22;plt(，abs(_z(1:n)）;xlabe(频率 Hz);ylab（频率幅值);itle(加噪后的频谱图)；程序图:波形图如下：当执行上述程序时,会听到嘈杂的声音层，且频率高于原始语音很多,由加噪后的频谱图与加噪前的频谱图相对比会明显发现在原时间内多了很多频率变化，观察到的频谱图变化与我们的目的是一致的,加噪成功。4、滤波设计由于噪声信号的频率高于原语音信号的频率，所以选择FI低通滤波器。在数字信号处理中,脉冲响应不变法会产生频谱混叠现象，使频率响应偏离模拟滤波器的频响特性,为避免这一现象我们采用双线性变换法。经尝试f=1000;f=20;As=100;p=1；fp=110;c=130；=10;A=1;=00;c1500；As00;Ap1;f=40;c=60;A=00;Ap=1;fp=0；fc=1700;As=100;Ap=1;中效果最好的一组为：fp=1300；fc500；As=1;Ap=；因此设计如下：fp=00;c=150；A=10;A=1；wc=*ifc/fs;w=2*pi*f fs;wlc-w;beta=0 12*（A-8.7）;=il(A-8)/2.5wdel）;wn=kisr(N+,et);ws(p+wc);=fir1(N,ws,wn);fqz(,1);程序图：滤波器频率特性如图5、滤波结果及谱分析将加噪后音频通过此滤波器进行滤波，再进行滤波后去噪信号的谱分析,选用了函数 xffilt(b,y_z),利用 F的重叠相加法对信号进行滤波处理。滤波程序清单如下:fftfilt(b,y_z）;X=ff(,n)；suplo211;plot(f，abs(X(1:/2)）);ttle(滤波后的频谱)；subpl212；plo（);til（滤波后的波形);sou(x,f,bs）程序图：去噪后的谱分析如下所示:执行程序后听到的音频依旧含有噪音信号,不如原始语音清晰,但比加噪后的语音有了明显的改进，可以比较清晰的听到原语音。由谱分析图可以看出频率高于 15的音频信号都被滤除了,开始有点接近原始信号的波形图.。四.语音信号图原始语音加噪后减噪后五实验总结与体会这次是用 Matlab 对语音信号的处理进行了一系列的操作。在atlab 平台上实现了语音的录制、加噪、滤波以及谱分析。比较加噪后的频谱可以发现高于50Hz的噪音已经滤除，通过声音的回放也可以发现去除了比较尖锐的干扰噪音。由于设计的滤波器程序功能单一，仅能处理一般条件下的语音信号，不能进行精度较高的语音信号处理。atl b是英文 M tri Laoraor（矩阵实验室)的缩写，它是由美国 Mat od 公司推出的用于图形处理和数值计算的数学计算。在 Mata环境下,用户可以集成的进行程序设计、图形绘制、数字值计算、输入输出文件管理等操作。MATLAB 优秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力使其在同类软件中脱颖而出。通过这次的课题研究，我能更好的掌握 Matlab 平台的使用，意识到 atlab是学习其他科目的工具，这次的课题就是在解决一个数字信号处理问题，这让我对 lab 软件在解决实际问题的应用上充满了兴趣。