基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪毕业设计.doc

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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
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摘要
随着信息技术的不断发展,现代信号处理正向着数字化发展,研究语音信号的滤波设计也成了现代信息处理的基本内容。本次课程设计主要内容是基于MATLAB的FIR滤波器语音信号去噪。主要运用麦克风采集一段语音信号,对其进行了时域分析和频谱分析,分析语音信号的特性,并对语音信号加入了随机噪声,采用凯塞(Kaiser)窗函数法设计了一个FIR低通滤波器,然后对加噪的语音信号进行滤波处理。最后对滤波前后的语音信号的时域和频域特性进行对比。
关键词: MATLAB;语音信号;FIR滤波器;凯塞(Kaiser)窗
目录
第一章语音信号采样和滤波器设计的基本原理 1
1
采样定理 1
采样频率 1
2
数字滤波器的类型 2
窗口设计法 3
第二章语音信号去噪的总体设计 6
语音信号去噪的设计流程图 6
语音信号去噪的设计流程的介绍 6
第三章语音信号去噪的仿真实现及结果分析 8
语音信号的采集 8
加噪语音信号的频谱分析 9
语音信号的滤波去噪 10
语音信号去噪的结果分析 12
总结 13
参考文献 14
附录 15
致谢 20
第一章语音信号采样和滤波器设计的基本原理

现代所应用的计算机所处理和传送的都是数字信号,所以经常要求对模拟信号采样,将其转换为数字信号,然后对其进行计算处理,最后再重建为模拟信号。采样在连续时间信号与离散时间信号之间起着至关重要的作用,模拟信号转换为数字信号的关键是确定合适的采样频率,使得既要能够从采样信号中无失真地恢复出原模拟信号,同时又尽量降低采样频率,减少编码数据速率,有利于数据的存储、处理和传输。
采样定理
在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs大于信号中,最高频率fm的2倍时,即:fs>=2fm,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍;采样定理又称奈奎斯特定理。 1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式: 理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)为什么把采样频率设为8kHz?在数字通信中,根据采样定理, 最小采样频率为语音信号最高频率的2倍频带为F的连续信号 f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1±Δt),f(t1±2Δt),...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F,便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。这是时域采样定理的一种表述方式[1]。时域采样定理的另一种表述方式是:当时间信号函数f(t)的最高频率分量为fm时,f(t)的值可由一系列采样间隔小于或等于1/2fm的采样值来确定,即采样点的重复频率f≥2fm。
时域采样定理是采样误差理论、随机变量采样理论和多变量采样理论的基础。对于时间上受限制的连续信号f(t)(即当│t│>T时,f(t)=0,这里T=T2-T1是信号的持续时间),若其频谱为F(ω),则可在频域上用一系列离散的采样值,如式(1-1):
   (1-1)
采样值来表示,只要这些采样点的频率间隔,如式(1-2):
   (1-2)
采样频率
采样频率,也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的音质、音调,衡量声卡、声音文件的质量标准。
采样频率只能用于周期性采样的采样器,对于非周期性采样的采样器没有规则限制。采样频率的常用的表示符号是 fs。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的音质、音调,衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高,即采样的间隔时间越短,则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多,对声音波形的表示也越精确。采样频率与声音频率之间有一定的关系,根据采样定理,只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时,才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样频率是衡量声卡采