matlab语音信号的采集与处理,基于MATLAB的语音信号的采集与处理详解

数字信号处理

2.设计目的

本次课程设计的课题为《基于MATLAB的语音信号采集与处理》，学会运用MATLAB的信号处理功能，采集语音信号，并对语音信号进行滤波及变换处理，观察其时域和频域特性，加深对信号处理理论的理解，并为今后熟。MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需求。例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。

3.设计原理

利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，利用MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。语音信号的“ 短时谱”对于非平稳信号, 它是非周期的, 频谱随时间连续变化, 因此由傅里叶变换得到的频谱无法获知其在各个时刻的频谱特性。如果利用加窗的方法从语音流中取出其中一个短断, 再进行傅里叶变换, 就可以得到该语音的短时谱。

MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，能基本满足信号与系统课程的需求。例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识，并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。

滤波器的设计可以通过软件或设计专用的硬件两种方式来实现。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

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数字信号处理

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。

利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析；设计巴特沃斯滤波器， 并对被噪声污染的语音信号进行滤波， 对滤波前后信号进行时域分析。

4.设计过程

基于声卡进行数字信号的采集。将话筒插入计算机的语音输入插口上,启动录音机。按下录音按钮，对话筒说话,说完后停止录音。要保存文件时,利用了计算机上的A/D转换器,把模拟的声音信号变成了离散的量化了的数字信号,放音时,它又通过D/A转换器,把保存的数字数据恢复为原来的模拟的声音信号。在 Matlab软件平台下可以利用函数wavread对语音信号进行采样,得到了声音数据变量x1,同时把x1的采样频率fs=22050Hz和数据位Nbits=16Bit放进了MATALB的工作空间。然后通过freqz函数绘制原始语音信号的频率响应图。接着对语音信号进行频谱分析,在Matlab中可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱图。语音信号加噪与频谱分析在Matlab中人为设计一个固定频率5500Hz的噪声干扰信号，噪声信号通常为随机序列,在本设计中用正弦序列代替,干扰信号构建命令函数为d=[Au*sin(2*pi*5500*t)],给出的干扰信号为一个正弦信号，针对上面的语音信号 ,采集了其中一段。再对噪音信号进行频谱变换得到其频谱图.最后通过函数将原信号与噪声信号叠加在一起构成加噪的语音信号，采集他的加噪信号，接着对其进行fourier变换，得到加噪信号的频谱图，最后设计一个高通滤波器，对加噪的信号进行滤波处理，得到的信号与原始信号进行比较！

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5.实验代码及结果

5.1语音信号的采集 源程序为：

fs=22050;%语音信号采样频率为22050

x1=wavread('D:\\MATLAB\\bin\\zx.wav');%读取语音信号的数据，赋给变量x1 sound(x1,22050); %播放语音信号

y1=fft(x1,1024);%对信号做1024点FFT变换

f=fs*(0:511)/1024;%将0到511，步长为1的序列的值与fs相乘并除以1024的值，赋值给f

Plot(x1);%做原始语音信号的时域图形

图5-1：语音信号的采集

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通过freqz函数绘制原始语音信号的频率响应图5-2。

fs=22050;%语音信号采样频率为22050

x1=wavread('D:\\MATLAB\\bin\\zx.wav');%读取语音信号的数据，赋给变量x1 sound(x1,22050); %播放语音信号

y1=fft(x1,1024);%对信号做1024点FFT变换

f=fs*(0:511)/1024; %将0到511，步长为1的序列的值与fs相乘并除以1024的值，赋值给f

Freqz(x1);%绘制原始语音信号的频率响应图

图5-2：原始语音信号的频率采样

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