基于matlab的声音信号处理.docx
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基于matlab的声音信号处理.docx
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基于matlab的声音信号处理
课程设计任务书
学生姓名
XXX
学生学号
XXXXXXXXXXXXXXX
学生专业
XXXXXXXXXXXXXXX
学生班级
XXXXXXXXXXX
指导教师
XXXXXXXXXXX
职称
XXXXXXXXXXXXXXXX
发题日期
X年X月X
完成日期
X年X月X日
设计题目
基于MATLAB的声音信号处理
设计目的:
1、巩固所学的数字信号处理理论知识。
2、理解信号的采集、处理、传输、显示。
加深学习Matlab软件。
3、综合应用专业及基础知识,增强解决实际工程技术问题的能力。
4、学习资料的收集与整理,学会撰写课程设计报告。
具体任务及要求:
1、选择一个语音信号作为分析对象,或自我录制一段语音,对其进行频谱分析;利用Matlab软件产生一个随机噪声进行加噪声后再对其分析;设计FIR或IIR数字滤波器对语音进行滤波,再分析其时域和频域。
利用Matlab软件编写语音信号处理程序,完成对话音信号时域和频域的程序设计和分析。
2、利用课余时间去图书馆或者上网查阅相关课题资料,深入理解课题含义及设计要求,认真整理。
在5月10日前完成预设计,并请指导教师审查、定稿。
3、及时提交设计报告(纸质、电子稿),要求格式规范、内容完整、结论正确,正文数不少于3000字。
课程设计进度安排:
序号
内容安排
时间
1
获得题目后查阅资料并整理,完成预设计
3.25-4.1
2
设计总体方案,绘制流程图,编写代码并调试
4.2-4.16
3
总体测试,完善其功能
4.17-5.1
4
撰写设计报告,后交指导老师初审
5.2-5.16
5
修改、完善设计报告,定稿、提交设计报告
5.17-5.25
课程设计参考文献:
[1]张德丰:
MATLAB通信工程仿真,北京机械工业出版社,2010.1[2]王彬、于丹、汪洋:
MATLAB数字信号处理,北京机械工业出版社,2010.5,
[3]孟志强、陈燕东、王同业、杨钰:
MATLAB辅助现代工程数字信号处理,西安电子科技大学出版社,2010.7
指导教
师签字
院长审核签字
基于MATLAB的声音信号处理的初步实现
内容摘要:
数字滤波器是数字信号处理技术的基础,用来对信号进行过滤、检测、与参数估计等处理。
任何检测的信号都含有噪声,而滤波是去除噪声的基本手段,因此滤波器在数字信号处理中占有极其重要的地位。
FIR数字滤波器和IIR数字滤波器是滤波器设计的重要组成部分。
随着MATLAB软件及信号处理工具箱的不断完善,MATLAB很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件,它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真,极大地减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。
本设计综合运用了数字信号处理的各种基本知识,对不带噪声音信号以及带噪声音信号进行频谱分析,并利用MATLAB信号处理工具箱有效快捷地设计IIR数字滤波器对带噪声音信号进行滤波处理。
关键词:
数字滤波器MATLAB滤波仿真
ThepreliminaryimplementationofvoicesignalprocessingbasedonMATLAB
Abstract:
Digitalfilteristhebasisofdigitalsignalprocessingtechnology,whichusedforsignalfiltering,detecting,andparameterestimation.Anydetectionsignalcontainsnoise,andfilteringisabasicmeanstoremovethenoise,sofilteroccupiesanextremelyimportantpositionindigitalsignalprocessing.FIRdigitalfilterandIIRdigitalfilterisanimportantpartofthefilterdesign.WithMATLABsoftwareandthecontinuousimprovementofthesignalprocessingtoolbox,MATLABapplicationquicklybecameindispensabletoareassuchasbasicsoftware.Itcanquicklyandefficientlyfordigitalfilterdesign,analysisandsimulation,greatlyreducetheworkload,anditisadvantageoustotheoptimizationoffilterdesign.Thisdesignisintegratedusedofallkindsofbasicknowledgeofdigitalsignalprocessingtocompletetheanalysisoffrequencyspectrumaboutspeechnoisysignalandspeechsignal,anditusetheMATLABsignalprocessingtoolboxeffectiveshortcuttodesignIIR
digitalfilterwithnoisespeechsignalfilterprocessing.
Keywords:
DigitalFilterMATLABFilteringSimulation
基于MATLAB的声音信号处理的初步实现
前言
声音信号的采集与分析处理在工程应用中是经常需要解决的问题,如何实时采集声音信号并对其分析处理,找出声音信号的特征在科学研究中是一项非常有意义的工作。
1绪论
语音是语言的声学表现,是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。
随着社会的进步和科学技术的发展,人类进入了信息化时代,用现代手段研究语音信号处理技术,是人们更加有效地产生、传输、存储和获取语音信息,者对促进社会发展具有重要意义,因此,语音信号处理越来越受到人们的关注和研究。
1.1研究的目的和意义
语言是人类交换信息最方便、最快捷的一种方式,在高度发达的信息社会中,用数字化的方法进行语音的传送、存储、识别、合成和增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的组成部分之一。
语音信号处理作为一门涉及面很广的交叉学科,在数字电话通信、高音质的窄带语音通信系统、语言学习机、声控打字机、自动翻译机、智能机器人、新一代计算机语音智能终端及军事上都有应用。
随着人类步入信息社会步伐的加快,越来越多的地方需要用到语音信号处理知识。
所以语音信号研究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。
1.2国内外研究的现状
20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法,如数字滤波器、快速傅里叶变换(FFT)等是语言数字信号处理的理论和技术基础。
20世纪70年代初,由于电子计算机和数字信号处理的发展,人们发现:
声音信号,可以通过模数转换器(A/D)采样和量化,它们转换为数字信号后,能够送进计算机。
这样就可以用数字计算方法,对语音信号进行处理和加工。
例如数字滤波器可以用差分方程实现,频谱分析可以用傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT)实现,80年代初矢量量化技术(VQ)和隐马尔可夫模型(HMM)应用于语音处理中,隐马尔可夫模型(HMM)用于描述语音信号产生过程。
近年来语音信号处理这门新学科发展很快,在各项领域都有应用,解决了很多用传统方法难以解决的问题,在信息科学中占有重要地位。
1.3本课题研究的内容和方法
本设计主要介绍的是的语音信号的简单处理。
本设计运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理,在matlab7.14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。
我所做的工作就是采集一个语音信号作为分析对象,或自我录制一段语音,在matlab7.14软件上编写一个语音信号处理程序,对语音信号进行加噪去噪等处理,完成对语音信号时域和频域的分析和仿真,达到简单语音信号处理的目的。
对语音信号的研究,本设计采用了设计IIR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。
2MATLAB软件介绍
2.1MATLAB发展历程
MATLAB是由美国Mathwork公司开发的数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体,功能强大、操作简单的语言。
是国际公认的优秀数学应用软件之一。
20世纪80年代初期,CleveMoler与JohnLittle等利用C语言开发了新一代的MATLAB语言,此时的MATLAB语言已同时具备了数值计算功能和简单的图形处理功能。
1984年,CleveMoler与JohnLittle等正式成立了Mathwork公司,把MATLAB语言推向市场,并开始了对MATLAB工具箱等的开发设计。
1993年,Mathwork公司推出了基于个人计算机的MATLAB4.0版本,到了1997年又推出了MATLAB5.X版本,并在2000年推出了MATLAB6.0版本,2004年正式推出了MATLAB7.0版本,现在最新的版本是2012年推出的MATLAB7.14版本。
现在,MATLAB已经发展成为适合多学科的大型软件,在世界各高校,MATLAB已经成为线性代数、数值分析、数理统计、优化方法、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。
特别是最近几年,MATLAB在我国大学生数学建模竞赛中的应用,为参赛者在有限的时间内准确、有效地解决问题提供了有力的保证。
2.2MATLAB组成
MATLAB作为MathWorks产品家族的核心,它主要由5大部分组成,分别为MATLAB语言(theMATLABLanguage)、MATLAB工作环境(theMATLABWorkingEnvironment)、MATLAB数学函数库(theMATLABMathLibrary)、MATLAB应用程序接口(theMATLABApplicationInterface)和图形句柄系统(HandleGraphics)。
下面对它们分别进行介绍。
2.2.1MATLAB语言
MATLAB语言是一种以矩形(Matrix)和阵列(Array)为基本编程单元,拥有完整的控制语句、数据结构、函数编写与调用格式和输出功能,具有面向对象程序设计特征的高级程序语言。
使用MATLAB语言不但可以方便快捷地完成小规模的算法验证、程序开发和调试工作,而且可以进行大规模、高效的复杂应用程序设计。
2.2.2MATLAB的工作环境
简单来说,MATLAB工作环境就是一系列实用工具的集合,它不但包括了各种操作工作空间中变量的工具盒管理数据输入输出的方法,而且包括了开发调试M文件和MATLAB应用程序的集成环境,使用起来极为方便。
2.2.3MATLAB数据函数库
MATLAB数据函数库是大量的各种形式的数学函数和算法的集合,它不仅包括了最基本的初等函数,如sum、sine、cosine和复数运算等,而且包含了大量复杂的高级函数和算法,如贝塞尔(Bassel)函数,快速傅里叶变换和矩阵求逆等。
用户在编写自己的MATLAB程序时,可以轻松地调用这些函数和算法,从而极大地方便了算法的开
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