数字信号处理实验——语音信号的数字滤波

文章目录

  • 前言
  • 一、实验项目
  • 二、实验目的
  • 三、实验平台
  • 四、实验内容
    • 1.分析信号
    • 2.信号处理
  • 实验结果分析
    • 代码地址


前言

学习数字信号处理课程的课程实验
使用MATLAB实验平台,对一段语音信号进行处理,滤除其中的噪声,下面是完整的实验过程。

一、实验项目

语音信号的数字滤波

二、实验目的

  1. 掌握使用 FFT 进行信号谱分析的方法
  2. 设计数字滤波器对指定的语音信号进行滤波处理

三、实验平台

MATLAB R2019b

四、实验内容

1.分析信号

  1. 首先使用 MATLAB 的 audioread(FILENAME)函数读取音频信号,其输入输出如下列函数文档;
audioread Read audio files
[Y, FS]=audioread(FILENAME) reads an audio file specified by the
character vector or string scalar FILENAME, returning the sampled data
in Y and the sample rate FS, in Hertz
  1. 调用自己编写的 plot_function()函数,画出它的时域波形与经过 FFT 变换后的频域波形进行观察
    (已对坐标进行处理,使之对应真实的物理含义);

数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第1张图片

数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第2张图片

  1. 观察时域波形,可见在约8秒后,出现了强烈的干扰信号,如图1中的红框所示;
    观察频域波形,可见干扰信号为强烈的余弦脉冲信号,如图2中的红框所示;

2.信号处理

代码如下(示例):

  1. 使用切比雪夫I型滤波器滤波:
    · 调用自己编写的Chebyshev_bandstop_filter(x,fplowow,fphighigh,fplow,
    fphigh,rp,rs,Fs)函数(具体见后面的代码详解),对信号进行3次带阻滤波,效果如下:
    (1)第一次滤波:
    数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第3张图片
    (2)第二次滤波
    数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第4张图片
    (3)第三次滤波
    数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第5张图片
  2. 观察此时频域与时域波形(如图6所示)可知还存在较大的直流分量:
    数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第6张图片
    可通过一个高通滤波器去除直流,但在这里尝试新方法,直接在信号时域中减去直流分量:
%时域操作去除直流
for i = 86080:length(audio_data_new)
    audio_data_new(i)=audio_data_new(i)-0.1295;    
end

操作后时域波形如图7所示:
数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第7张图片
观察此时时域波形(如图7所示),可知还存在两个“爆破音”,直接通过时域填0的方法去除:
操作后最终的时域与频域波形分别如图8和图9所示:
数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第8张图片
数字信号处理实验——语音信号的数字滤波_第9张图片

  1. 观察此时的时域波形频率波形可知,我们处理的效果很好,去除噪音的同时,对原始语言信号的影响也很小,达到了预期效果。
    最后使用audiowrite(‘SunshineSquare_New.wav’,audio_data_new,fs),生成处理后的音频文件。
    聆听可知噪音被去除,且原始人声十分清晰。

实验结果分析

观察原始信号时域和频域波形,可知噪声是在信号一段时间内加入的直流分量和三个余弦信号,我们分别通过3次带阻滤波器滤除余弦信号,再通过时域操作去除直流分量,最后通过时域置“0”去除剩余的“爆破音”。 通过观察波形与聆听验证,可知我们去除噪音的同时,对原始语言信号的影响也很小,达到了预期效果,效果不错。

代码地址

实验代码地址

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