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淮 阴 工 学 院
数字信号处理课程设计报告
姓名： xx 学号： 90
课题名称:基于MATLAB的语音信号分析和处理-低通部分
班级： 电子0000 专业： 电子信息工程 归口系部： 电子与电气工程学院 起迄日期: 2014年12月22日—2014年12月26日 设计地点: 13306 指导教师: 数字信号处理课程设计指导小组
提交报告日期: 2014年12月29日
一、设计目的与任务
通过数字信号处理的课程设计，使学生对信号的采集，处理，传输，显示，存储和分析等有一个系统的掌握和理解。巩固和运用数字信号处理课程中的理论知识和实验技能，掌握最基本的数字信号处理的理论和方法，培养学生发现问题，分析问题和解决问题的能力。
二、基本要求
1．基本要求：设计一个语音信号分析和处理系统，要求学生对所采集的语音信号在MATLAB软件平台下进行频谱分析和处理；
2．提高要求：对所采集的语音信号叠加干扰噪声进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。
3．基本教学要求：每组一台电脑（附话筒和耳机），电脑安装MATLAB软件。
三、设计要求
本次课程设计最终要求提交设计说明书，由以下各部分组成： 1．理论依据
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根据设计要求分析系统功能，掌握设计中所需的理论（采样频率，采样位数的概念，采样定理；时域信号的DFT，FFT及频谱分析；数字滤波器的设计原理和方法，各种不同性能的滤波器的性能比较），阐述设计原理。
2．信号采集
采集语音信号，画出信号的时域波形图和频谱图。 3．数字滤波器设计
根据语音信号的特点，设计IIR低通数字滤波器；FIR低通数字滤波器；画出各种数字滤波器的频率响应图。
4．信号处理
1）利用设计的IIR数字滤波器分别对采集的信号进行滤波处理； 2）利用设计的FIR数字滤波器分别对采集的信号进行滤波处理； 3）在原始的语音信号3000HZ以上频段叠加白噪声，选择所设计的一种对叠加白噪声后的语音信号处理，滤除白噪声；
4）画出处理过程中所得的各种波形及频谱图。 5．信号分析
对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行频谱分析，阐明原因得出结论。
四、理论依据
4.1语音信号的采集和频谱分析
利用WINDOWS下的录音机，用单声道录制一段自己的声音，时间在1S内。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。对语音信号进行快速傅立叶变换，在一个窗口同时画出信号的时域波形图和频谱图，分析语音信号的频谱特点。 4.2 设计数字滤波器
低通滤波器性能指标：fp=2670HZ,fs=3300HZ,Ap=1dB,As=30dB,采样频率为10000hz。
4.3 用滤波器对信号进行滤波
1）利用自己设计的IIR数字滤波器对采集的信号进行滤波处理，在一个窗口同时画出滤波前后语音信号的波形及频谱。
2）利用自己设计的FIR数字滤波器对采集的信号进行滤波处理，在一个窗口同时画出滤波前后语音信号的波形及频谱。
在MATLAB中，FIR滤波器利用fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用filter对信号进行滤波。比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果和滤波器性能进行频谱分析。 4.4回放语音信号
对语音信号进行回放，感觉滤波前后语音信号的变化。 4.5对语音信号加入噪声后的频谱分析和滤波
在MATLAB软件平台下，在3000HZ以上频段产生一个白噪声，叠加到采集的原始语音信号中，在一个窗口同时画出白噪声的时域波形及频谱，在另一个窗口同时画出叠加噪声前后语音信号的波形及频谱；设计一种滤波器叠加噪声后的语音信号进行处理，滤除叠加的白噪声，在一个窗口同时画出滤波前后语音信号的
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波形及频谱；比较滤波前后语音信号的波形及频谱，对所得结果进行频谱分析；对语音信号进行回放，感觉滤波前后声音的变化。
五、基于MATLAB的语音信号分析和处理
5.1信号采集
我们利用函数wavread对语音信号进行采集，原始语音信号及其频谱如下图，信号采集程序见附录。
图1 原始语音信号及其频谱
5.2根据性能指标进行数字滤波器设计
低通滤波器性能指标：fp=2670HZ,fs=3300HZ,Ap=1dB,As=30dB,采样频率为10000hz。
1）FIR低通滤波器的设计：
FIR低通滤波器的幅频特性如下图，设计程序见附录。
图2 FIR低通滤波器的幅频特性
2）IIR低通滤波器的设计：
IIR低通滤波器的幅频特性如下图，设计程序见附录。
图3 IIR低通滤波器的幅频特性
5.3用滤波器对信号进行滤波 1）FIR低通滤波：
图4 FIR低通滤波前后的频谱
2）IIR低通滤波：
图5 IIR低通滤波前后的频谱
5.4回放语音信号
经过加噪声处理后，可在Matlab中用函数sound对声音进行回放。其调用格式：sound(y,Fs)，sound(y)和sound(y,Fs,bits)。可以察觉滤波前后的声音有明显的变化。
5.5对语音信号加入噪声后的频谱分析和滤波
加入噪声后的波形和频谱如下图：
图6 加噪声后波形和频谱
六、课程设计总结
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