基于聲卡的數(shù)字濾波技術(shù)的研究

1、語(yǔ)音信號(hào)濾波處理MRYANG（電子信息工程系指導(dǎo)教師：余尤好）摘要摘要：語(yǔ)音信號(hào)濾波處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和語(yǔ)音學(xué)知識(shí)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理的新興的學(xué)科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。通過(guò)語(yǔ)音傳遞信息是人類(lèi)最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息形式。Matlab語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件，然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù)，如數(shù)字濾波、傅里葉變換

2、、時(shí)域和頻域分析、聲音回放以及各種圖的呈現(xiàn)等，它的信號(hào)處理與分析工具箱為語(yǔ)音信號(hào)分析提供了十分豐富的功能函數(shù)，利用這些功能函數(shù)可以快捷而又方便地完成語(yǔ)音信號(hào)的處理和分析以及信號(hào)的可視化，使人機(jī)交互更加便捷。信號(hào)處理是Matlab重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。本設(shè)計(jì)通過(guò)錄制一段語(yǔ)音，對(duì)其進(jìn)行了時(shí)域分析，頻譜分析分析語(yǔ)音信號(hào)的特性。并應(yīng)用matlab平臺(tái)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加噪然后再除去噪聲，進(jìn)一步設(shè)計(jì)兩種種濾波器即高通濾波器、帶通濾波器，基于這兩種濾波器

3、設(shè)計(jì)原理，對(duì)含加噪的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波處理。最后對(duì)比濾波前后的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域特性，回放含噪語(yǔ)音信號(hào)和去噪語(yǔ)音信號(hào)。論文從理論和實(shí)踐上比較了不同數(shù)字濾波器的濾波效果。關(guān)鍵字：關(guān)鍵字：Matlab；語(yǔ)音信號(hào)；信號(hào)處理；傅里葉變換；濾波器1緒論1.1課題研究的背景通過(guò)語(yǔ)音傳遞倍息是人類(lèi)最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。語(yǔ)言是人類(lèi)持有的功能，聲音是人類(lèi)常用的工具，是相互傳遞信息的最主要的手段。因此，語(yǔ)音信號(hào)是人們構(gòu)成思想疏通和

4、感情交流的最主要的途徑。并且，由于語(yǔ)言和語(yǔ)音與人的智力活動(dòng)密切相關(guān)，與社會(huì)文化和進(jìn)步緊密相連，所以它具有最大的信息容量和最高的智能水平。現(xiàn)在，人類(lèi)已開(kāi)始進(jìn)入了信息化時(shí)代，用現(xiàn)代手段研究語(yǔ)音信號(hào)，使人們能更加有效地產(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、獲取和應(yīng)用語(yǔ)音信息，這對(duì)于促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展具有十分重要的意義。讓計(jì)算機(jī)能聽(tīng)懂人類(lèi)的語(yǔ)言，是人類(lèi)自計(jì)算機(jī)誕生以來(lái)夢(mèng)寐以求的想法。隨著計(jì)算機(jī)越來(lái)越向便攜化方向發(fā)展，隨著計(jì)算環(huán)境的日趨復(fù)雜化，人們?cè)絹?lái)越迫切要求擺脫鍵盤(pán)

5、的束縛而代之以語(yǔ)音輸人這樣便于使用的、自然的、人性化的輸人方式。作為高科鼓應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，語(yǔ)音信號(hào)采集與分析從理論的研究到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)已經(jīng)走過(guò)了幾十個(gè)春秋并且取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。它正在直接與辦公、交通、金融、公安、商業(yè)、旅游等行業(yè)的語(yǔ)音咨詢與管理工業(yè)生產(chǎn)部門(mén)的語(yǔ)聲控制，電話、電信系統(tǒng)的自動(dòng)撥號(hào)、輔助控制與查詢以及醫(yī)療衛(wèi)生和福利事業(yè)的生活支援系統(tǒng)等各種實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域相接軌，并且有望成為下一代操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的用戶界面?？梢?jiàn)，語(yǔ)音信號(hào)采集與

6、分析的研究將是一項(xiàng)極具市場(chǎng)價(jià)值和挑戰(zhàn)性的工作。我們今天進(jìn)行這一領(lǐng)域的研究與開(kāi)拓就是要Mryang語(yǔ)音信號(hào)濾波處理2MATLAB是美國(guó)MathWks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件，用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分[4]。MATLAB在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用很廣泛，如今隨處可見(jiàn)，在各個(gè)領(lǐng)域都是有廣泛的使用。MATLAB是矩陣實(shí)驗(yàn)室（MatrixLabaty）的簡(jiǎn)稱(chēng)，和M

7、athematica、Maple并稱(chēng)為三大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來(lái)解算問(wèn)題要比用C，F(xiàn)TRAN等語(yǔ)言完相同的事情簡(jiǎn)捷得

8、多，并且mathwk也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點(diǎn)使MATLAB成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。在新的版本中也加入了對(duì)C，F(xiàn)TRAN，C，JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用用戶也可以將自己編寫(xiě)的實(shí)用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB愛(ài)好者都編寫(xiě)了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。2語(yǔ)音信號(hào)處理的語(yǔ)音信號(hào)處理的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)原理2.1語(yǔ)音信號(hào)的采集在MATLAB軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread（）對(duì)語(yǔ)音

9、信號(hào)采集，并記錄采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠運(yùn)算的有限長(zhǎng)序列。wavread函數(shù)的調(diào)用格式如下：y=wavread(file)讀取file所規(guī)定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。[yfs]=wavread(file)采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率（Hz）。2.2用FFT作譜分析FFT即快速傅立葉變換，它是從DFT運(yùn)算中發(fā)展起來(lái)的，利用系數(shù)的對(duì)稱(chēng)性和周期性減少運(yùn)nkNW算量。長(zhǎng)度為N的序列直接計(jì)算DFT需要次復(fù)