基于數(shù)字濾波器的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　蘭州工業(yè)學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題目 基于數(shù)字濾波器的語(yǔ)音轉(zhuǎn)換 </p><p>　　系 別 電子信息工程系 </p><p>　　專 業(yè) 電子

2、信息工程技術(shù) </p><p>　　班 級(jí) 電信10-2班 </p><p>　　姓　 名 李國(guó)平 </p><p>　　學(xué) 號(hào) 201010101209 </p><p>　　指導(dǎo)教師（職稱） 馬

3、宏鋒（教授） </p><p>　　日 期 2013年3月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和語(yǔ)音學(xué)知識(shí)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理的新興的學(xué)科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。通過(guò)語(yǔ)音傳遞信息是人類最重要、最有效

4、、最常用和最方便的交換信息形式。</p><p>　　Matlab語(yǔ)言是一種數(shù)據(jù)分析和處理功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，它可以將聲音文件變換為離散的數(shù)據(jù)文件，然后利用其強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力處理數(shù)據(jù)，如數(shù)字濾波、傅里葉變換、時(shí)域和頻域分析、聲音回放以及各種圖的呈現(xiàn)等，它的信號(hào)處理與分析工具箱為語(yǔ)音信號(hào)分析提供了十分豐富的功能函數(shù)，利用這些功能函數(shù)可以快捷而又方便地完成語(yǔ)音信號(hào)的處理和分析以及信號(hào)的可視化，使人機(jī)交互更

5、加便捷。信號(hào)處理是Matlab重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。</p><p>　　本設(shè)計(jì)針對(duì)現(xiàn)在大部分語(yǔ)音處理軟件內(nèi)容繁多、操作不便等問(wèn)題，采用MATLAB7.0綜合運(yùn)用GUI界面設(shè)計(jì)、各種函數(shù)調(diào)用等來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的變頻、變幅、傅里葉變換及濾波，程序界面簡(jiǎn)練，操作簡(jiǎn)便，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。</p><p>　　關(guān)鍵字：Matlab 語(yǔ)音信號(hào) 傅里葉變換 信號(hào)處理 語(yǔ)音轉(zhuǎn)換 </p

6、><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Speech signal processing is carried out by using digital signal processing technology and phonetics knowledge on speech signal processing of the emerging

7、 discipline, is the most rapid development of the information science research in the field of one of the core technology. Through the phonetic transfer information is the most important and the most effective, most comm

8、only used and the most convenient exchange information form.</p><p>　　Matlab language is a kind of data analysis and processing functions very powerful computer application software, it can sound file conver

9、sion for discrete data file, and then use its powerful matrix operation capability to deal with data, such as digital filter, Fourier transform, time domain and frequency domain analysis, sound playback and various map p

10、resent, its signal processing and analysis tools for speech signal analysis provides a very rich functions, use these functions can be quickly </p><p>　　This design for now most speech processing software of

11、 content, operating inconvenience, the integrated use MATLAB7.0 GUI interface design, all kinds of function calls to realize voice signal frequency, amplitude, Fourier transform and filtering, the program interface simpl

12、e, the operation is simple, have certain practical application significance.</p><p>　　Keywords: Matlab speech signal Fourier transform signal processing</p><p>　　Voice Conversion</p>&

13、lt;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 前 言1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容和方法1</p><p>　　1.2.1 研究?jī)?nèi)容1</p>&

14、lt;p>　　1.2.2運(yùn)行環(huán)境2</p><p>　　1.2.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境2</p><p>　　1.3 濾波器的基本概念2</p><p>　　1.3.1 濾波器的定義2</p><p>　　1.3.2 濾波器的分類3</p><p>　　1.3.3 Matlab簡(jiǎn)介3</p>

15、<p>　　第2章 語(yǔ)音信號(hào)采集及分析5</p><p>　　2.1 語(yǔ)音的錄入與打開(kāi)5</p><p>　　2.2 采樣位數(shù)和采樣頻率5</p><p>　　2.3 時(shí)域信號(hào)的FFT分析5</p><p>　　2.4 原始語(yǔ)音信號(hào)采樣后的時(shí)域、頻域分析6</p><p>　　2.5

16、采樣后信號(hào)的FFT變換分析7</p><p>　　第3章 語(yǔ)音信號(hào)處理9</p><p>　　3.1 系統(tǒng)基本概述9</p><p>　　3.2 系統(tǒng)基本要求9</p><p>　　3.3 系統(tǒng)框架及實(shí)現(xiàn)9</p><p>　　3.3.1語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析9</p><p>　

17、　3.3.2語(yǔ)音信號(hào)的頻域分析10</p><p>　　3.3.3語(yǔ)音信號(hào)的效果顯示10</p><p>　　3.4 系統(tǒng)初步流程圖11</p><p>　　第4章 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)13</p><p>　　4.1 數(shù)字濾波器的概念13</p><p>　　4.2 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理13</p&g

18、t;<p>　　4.2.1 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理13</p><p>　　4.2.2 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理14</p><p>　　4.3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法概述14</p><p>　　4.4 數(shù)字濾波器應(yīng)用前景15</p><p>　　4.5 數(shù)字濾波器的工作原理16</p>&l

19、t;p>　　4.6 數(shù)字濾波器的分類16</p><p>　　4.7 雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器17</p><p>　　4.8 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器19</p><p>　　第5章 語(yǔ)音信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理23</p><p>　　5.1 圖形用戶界面設(shè)計(jì)23</p><p>　　5

20、.2 信號(hào)的采集23</p><p>　　5.3 語(yǔ)音信號(hào)的處理設(shè)計(jì)23</p><p>　　5.3.1 語(yǔ)音信號(hào)的提取23</p><p>　　5.3.2 語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)整25</p><p>　　5.3.2.1 語(yǔ)音信號(hào)的頻率調(diào)整25</p><p>　　5.3.2.2 語(yǔ)音信號(hào)的振幅調(diào)整26<

21、/p><p>　　5.3.3 語(yǔ)音信號(hào)的傅里葉變換27</p><p>　　5.3.4 語(yǔ)音信號(hào)的濾波28</p><p>　　5.3.4.1 語(yǔ)音信號(hào)的低通濾波28</p><p>　　5.3.4.2 語(yǔ)音信號(hào)的高通濾波29</p><p>　　5.3.4.3 語(yǔ)音信號(hào)的帶通濾波30</p>&l

22、t;p>　　5.3.4.4 語(yǔ)音信號(hào)的帶阻濾波31</p><p>　　5.4 語(yǔ)音信號(hào)的輸出31</p><p><b>　　結(jié) 論33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p&g

23、t;<p><b>　　第1章 前 言</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　語(yǔ)音是語(yǔ)言的聲學(xué)表現(xiàn)，是人類交流信息最自然、最有效、最方便的手段。隨著社會(huì)文化的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類開(kāi)始進(jìn)入了信息化時(shí)代，用現(xiàn)代手段研究語(yǔ)音處理技術(shù)，使人們能更加有效地產(chǎn)生、傳輸、存儲(chǔ)、和獲取語(yǔ)音信息，這對(duì)于促

24、進(jìn)社會(huì)的發(fā)展具有十分重要的意義，因此，語(yǔ)音信號(hào)處理正越來(lái)越受到人們的關(guān)注和廣泛的研究。</p><p>　　1.2 本課題的研究?jī)?nèi)容和方法</p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)處理是一門比較實(shí)用的電子工程的專業(yè)課程，語(yǔ)音是人類獲取信息的重要來(lái)源和利用信息的重要手段。通過(guò)語(yǔ)言相互傳遞信息是人類最重要的基本功能之一。語(yǔ)言是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年人類文明史的根本手段，沒(méi)有語(yǔ)言就沒(méi)有今天的人

25、類文明。語(yǔ)音是語(yǔ)言的聲學(xué)表現(xiàn)，是相互傳遞信息的最重要的手段，是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。</p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理的一門學(xué)科，它是一門新興的學(xué)科，同時(shí)又是綜合性的多學(xué)科領(lǐng)域和涉及面很廣的交叉學(xué)科。</p><p>　　1.2.1 研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本論文主要介紹的是的語(yǔ)音信號(hào)的簡(jiǎn)

26、單處理。本論文針對(duì)以上問(wèn)題，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)學(xué)基本原理實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的處理，在matlab7.0環(huán)境下綜合運(yùn)用信號(hào)提取，幅頻變換以及傅里葉變換、濾波等技術(shù)來(lái)進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)處理。我所做的工作就是在matlab7.0軟件上編寫(xiě)一個(gè)處理語(yǔ)音信號(hào)的程序，能對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)其進(jìn)行各種處理，達(dá)到簡(jiǎn)單的語(yǔ)音信號(hào)處理的目的。</p><p><b>　　1.2.2運(yùn)行環(huán)境</b></p>&l

27、t;p>　　運(yùn)行環(huán)境主要介紹了硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。</p><p><b>　　硬件環(huán)境：</b></p><p>　　處理器：Inter Pentium 166 MX 或更高</p><p>　　內(nèi)存：512MB或更高</p><p>　　硬盤空間：40GB或更高</p><p>　　顯卡

28、：SVGA顯示適配器</p><p><b>　　軟件環(huán)境：</b></p><p>　　操作系統(tǒng)：Window 98/ME/2000/XP</p><p>　　1.2.3 開(kāi)發(fā)環(huán)境</p><p>　　開(kāi)發(fā)環(huán)境主要介紹了本系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。</p><p>　　(1) 操作系統(tǒng)：Wi

29、ndows XP</p><p>　　(2) 開(kāi)發(fā)環(huán)境：Matlab 7.0</p><p>　　1.3 濾波器的基本概念 </p><p>　　1.3.1 濾波器的定義</p><p>　　濾波器是指用來(lái)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波的硬件或軟件。如果濾波器的輸入，輸出都是離散信號(hào)，則該濾波器的沖擊響應(yīng)也必然是離散的，這樣的濾波器定義為數(shù)字濾波器

30、。 </p><p>　　數(shù)字濾波器的功能，就是把輸入序列通過(guò)一定的運(yùn)算變換成輸出序列。</p><p>　　數(shù)字濾波器在數(shù)字信號(hào)處理的各種應(yīng)用中發(fā)揮著十分重要的作用，它是通過(guò)對(duì)抽樣數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算處理來(lái)達(dá)到頻域?yàn)V波的目的。數(shù)學(xué)運(yùn)算通常有兩種實(shí)現(xiàn)方式，一種是頻域法，即利用FFT快速算法對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行離散傅立葉變換，分析其頻譜，然后根據(jù)所希望的頻率特性進(jìn)行濾波，再利用傅立葉反變換快速算

31、法恢復(fù)出時(shí)域信號(hào)，這種方法具有交好的頻率選擇特性和靈活性，并且由于信號(hào)頻率與所希望的頻譜特性是簡(jiǎn)單的相乘關(guān)系，它比計(jì)算等價(jià)的時(shí)域卷積要快的多。另一種方法是時(shí)域法，這種方法是對(duì)離散抽樣數(shù)據(jù)做差分?jǐn)?shù)學(xué)運(yùn)算來(lái)達(dá)到濾波的目的。</p><p>　　一般用兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器：一是采用通用計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器，運(yùn)算器和控制器把濾波器所要完成的運(yùn)算編成程序通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)執(zhí)行，也就是采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)；二是設(shè)計(jì)專用的

32、數(shù)字處理硬件。</p><p>　　數(shù)字濾波器用硬件實(shí)現(xiàn)的基本部件包括延時(shí)器，乘法器和加法器；用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，它只是一段線性卷積程序。軟件實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)函數(shù)具有可變性，僅依賴于算法結(jié)構(gòu)，并且易于獲得較理想的濾波性能。所以軟件濾波在濾波器的使用中起到了越來(lái)越重要的作用。</p><p>　　1.3.2 濾波器的分類</p><p>　　濾波器的種類很多，有各種不同

33、的分類方法。</p><p>　　一般分為兩類即模擬濾波器和數(shù)字濾波器。</p><p>　　從濾波器的實(shí)現(xiàn)方法上分，可分為IIR濾波器和FIR濾波器兩種。</p><p>　　從濾波器功能上可分為如下四類：</p><p>　　1）低通濾波器（LPF）；</p><p>　　2）高通濾波器（HPF）；</p&g

34、t;<p>　　3）帶通濾波器（BPF）；</p><p>　　4）帶阻濾波器（BSF）；</p><p>　　1.3.3 Matlab簡(jiǎn)介</p><p>　　MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能

35、集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。</p><p>　　MATLAB和Mathematica、Maple并稱為四大數(shù)學(xué)軟件。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)

36、、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等。其開(kāi)發(fā)界面如圖1-1：</p><p>　　圖1-1 matlab開(kāi)發(fā)工作界面</p><p>　　MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 </p><p>　　第2章

37、語(yǔ)音信號(hào)采集及分析</p><p>　　2.1 語(yǔ)音的錄入與打開(kāi)</p><p>　　在MATLAB中，[y,fs]=wavread('Blip',[N1 N2]);用于讀取語(yǔ)音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數(shù)。[N1 N2]表示讀取從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值（若只有一個(gè)N的點(diǎn)則表示讀取前N點(diǎn)的采樣值）。</p><p&g

38、t;　　sound(x,fs,bits); 用于對(duì)聲音的回放。向量y則就代表了一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說(shuō)可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。</p><p>　　2.2 采樣位數(shù)和采樣頻率</p><p>　　采樣位數(shù)即采樣值或取樣值，用來(lái)衡量聲音波動(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)

39、聲音信號(hào)的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。</p><p>　　采樣位數(shù)和采樣率對(duì)于音頻接口來(lái)說(shuō)是最為重要的兩個(gè)指標(biāo)，也是選擇音頻接口的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)論采樣頻率如何，理論上來(lái)說(shuō)采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。每增加一個(gè)采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號(hào)越精確。對(duì)于采樣率來(lái)說(shuō)你可以想象它類似于一個(gè)照相機(jī)，44.1kHz意味著音頻流進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)計(jì)算機(jī)每秒會(huì)對(duì)其拍照

40、達(dá)441000次。顯然采樣率越高，計(jì)算機(jī)攝取的圖片越多，對(duì)于原始音頻的還原也越加精確。</p><p>　　2.3 時(shí)域信號(hào)的FFT分析</p><p>　　FFT即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。在MATLAB的信號(hào)處理工具箱中函數(shù)FFT和IFFT用于快速傅立葉變換和逆變換。函數(shù)FFT用于序列快

41、速傅立葉變換，其調(diào)用格式為y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT且和x相同長(zhǎng)度；若x為一矩陣，則y是對(duì)矩陣的每一列向量進(jìn)行FFT。如果x長(zhǎng)度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基－2FFT算法，否則fft執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,N)，式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。函數(shù)執(zhí)行N點(diǎn)的FFT，若x為向量且長(zhǎng)度小于

42、N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長(zhǎng)度N；若向量x的長(zhǎng)度大于N，則函數(shù)截短x使之長(zhǎng)度為N；若x 為矩陣，按相同方法對(duì)x進(jìn)行處理。</p><p>　　2.4 原始語(yǔ)音信號(hào)采樣后的時(shí)域、頻域分析</p><p><b>　　1、源程序如下：</b></p><p>　　[x1,fs]=wavread('10.wmv'); %讀取語(yǔ)音信號(hào)

43、的數(shù)據(jù)，賦給變量x1</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　plot(x1) %做原始語(yǔ)音信號(hào)以44.1k采樣后的時(shí)域圖形</p><p>　　title('原始語(yǔ)音采樣后時(shí)域信號(hào)');</p><p>　　xlabel('時(shí)間軸 n');<

44、;/p><p>　　ylabel('幅值 A');</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　freqz(x1) %繪制原始語(yǔ)音信號(hào)采樣后的頻率響應(yīng)圖</p><p>　　title('原始語(yǔ)音信號(hào)采樣后頻率響應(yīng)圖');</p><p

45、>　　[x1,fs]=wavread('10.wav');%讀取語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)據(jù)，賦給變量x1</p><p>　　sound(x1,fs); %播放語(yǔ)音信號(hào)</p><p>　　2、運(yùn)行結(jié)果如圖2-1、2-2所示：</p><p>　　圖2-1 原始語(yǔ)音采樣后時(shí)域信號(hào)</p><p>　　圖2-2 原始語(yǔ)音信

46、號(hào)采樣后頻率響應(yīng)</p><p>　　2.5 采樣后信號(hào)的FFT變換分析</p><p><b>　　1、源程序如下：</b></p><p>　　[x1,fs]=wavread('10.wav'); %讀取語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)據(jù)，賦給變量x1</p><p>　　y1=fft(x1,1024);

47、 %對(duì)采樣后信號(hào)做1024點(diǎn)FFT變換</p><p>　　f=fs*(0:511)/1024; %生成頻率序列</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(f,abs(y1(1:512)));</p>

48、<p>　　title('原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜')</p><p>　　xlabel('頻率/Hz');</p><p>　　ylabel('幅值');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　plot(abs(y1(1:1024))); %采樣后信

49、號(hào)的FFT頻譜圖</p><p>　　title('原始語(yǔ)音信號(hào)FFT頻譜')</p><p>　　xlabel('點(diǎn)數(shù)N');</p><p>　　ylabel('幅值');</p><p>　　2、運(yùn)行結(jié)果如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3 原始語(yǔ)音信號(hào)頻

50、譜及FFT頻譜</p><p><b>　　3、 頻譜分析：</b></p><p>　　從圖2-3可以看出，采樣點(diǎn)數(shù)為1024，離散點(diǎn)數(shù)越多，越接近原始信號(hào)頻普。 </p><p>　　這一塊的總結(jié)太少了，每一章結(jié)束要有個(gè)整體的總結(jié)。</p><p>　　第3章 語(yǔ)音信號(hào)處理</p>&

51、lt;p>　　3.1 系統(tǒng)基本概述</p><p>　　圖形用戶界面（Graphical User Interface，簡(jiǎn)稱 GUI，又稱圖形用戶接口）是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作用戶界面。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)在視覺(jué)上更易于接受。GUI的廣泛應(yīng)用是當(dāng)今計(jì)算機(jī)發(fā)展的重大成就之一，他極大地方便了非專業(yè)用戶的使用人們從此不再需要死記硬背大量的命令，取而代之的是可以通過(guò)窗口、

52、菜單、按鍵等方式來(lái)方便地進(jìn)行操作。</p><p>　　3.2 系統(tǒng)基本要求</p><p>　　本文是用Matlab對(duì)含噪的的語(yǔ)音信號(hào)同時(shí)在時(shí)域和頻域進(jìn)行濾波處理和分析，在MATLAB應(yīng)用軟件下設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單易用的圖形用戶界面（GUI），來(lái)解決一般應(yīng)用條件下的各種語(yǔ)音信號(hào)的處理。</p><p>　　3.3 系統(tǒng)框架及實(shí)現(xiàn)</p><p>

53、;　　1)語(yǔ)音信號(hào)的采集 </p><p>　　使用電腦的聲卡設(shè)備采集一段語(yǔ)音信號(hào)，并將其保存在電腦中。</p><p><b>　　2)語(yǔ)音信號(hào)的處理</b></p><p>　　語(yǔ)音信號(hào)的處理主要包括信號(hào)的提取、信號(hào)的調(diào)整、信號(hào)的變換和濾波等。</p><p>　　3.3.1語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析</p>

54、<p>　　語(yǔ)音信號(hào)是一種非平穩(wěn)的時(shí)變信號(hào)，它攜帶著各種信息。在語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音增強(qiáng)等語(yǔ)音處理中無(wú)一例外需要提取語(yǔ)音中包含的各種信息。語(yǔ)音信號(hào)分析的目的就在與方便有效的提取并表示語(yǔ)音信號(hào)所攜帶的信息。語(yǔ)音信號(hào)分析可以分為時(shí)域和變換域等處理方法，其中時(shí)域分析是最簡(jiǎn)單的方法，直接對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行分析，提取的特征參數(shù)主要有語(yǔ)音的短時(shí)能量，短時(shí)平均過(guò)零率，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)等。</p><p&

55、gt;　　提取：通過(guò)圖形用戶界面上的菜單功能按鍵采集電腦設(shè)備上的一段音頻信號(hào)，完成音頻信號(hào)的頻率，幅度等信息的提取，并得到該語(yǔ)音信號(hào)的波形圖。</p><p>　　調(diào)整：在設(shè)計(jì)的用戶圖形界面下對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行各種變化，如變化幅度、改變頻率等操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)整。</p><p>　　3.3.2語(yǔ)音信號(hào)的頻域分析</p><p>　　信號(hào)的傅立葉表示在信號(hào)

56、的分析與處理中起著重要的作用。因?yàn)閷?duì)于線性系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以很方便地確定其對(duì)正弦或復(fù)指數(shù)和的響應(yīng)，所以傅立葉分析方法能完善地解決許多信號(hào)分析和處理問(wèn)題。另外，傅立葉表示使信號(hào)的某些特性變得更明顯，因此，它能更深入地說(shuō)明信號(hào)的各項(xiàng)紅物理現(xiàn)象。</p><p>　　由于語(yǔ)音信號(hào)是隨著時(shí)間變化的，通常認(rèn)為，語(yǔ)音是一個(gè)受準(zhǔn)周期脈沖或隨機(jī)噪聲源激勵(lì)的線性系統(tǒng)的輸出。輸出頻譜是聲道系統(tǒng)頻率響應(yīng)與激勵(lì)源頻譜的乘積。聲道系統(tǒng)的頻率響

57、應(yīng)及激勵(lì)源都是隨時(shí)間變化的，因此一般標(biāo)準(zhǔn)的傅立葉表示雖然適用于周期及平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的表示，但不能直接用于語(yǔ)音信號(hào)。由于語(yǔ)音信號(hào)可以認(rèn)為在短時(shí)間內(nèi)，近似不變，因而可以采用短時(shí)分析法。</p><p>　　變換：在用戶圖形界面下對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行Fourier等變換，并畫(huà)出變換前后的頻譜圖和變換后的倒譜圖。</p><p>　　濾波：濾除語(yǔ)音信號(hào)中的噪音部分，可采用低通濾波、高通濾波、帶通濾波

58、和帯阻濾波，并比較各種濾波后的效果。</p><p>　　3.3.3語(yǔ)音信號(hào)的效果顯示</p><p>　　通過(guò)用戶圖形界面的輸出功能，將處理后的信號(hào)的語(yǔ)音進(jìn)行播放，試聽(tīng)處理后的效果。</p><p>　　3.4 系統(tǒng)初步流程圖</p><p>　　圖3.1列出了整個(gè)語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的工作流程：</p><p>　　

59、圖3.1 語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的工作流程</p><p>　　其中信號(hào)調(diào)整包括信號(hào)的幅度和頻率的任意倍數(shù)變化。如下圖2.2</p><p><b>　　圖3.2 信號(hào)調(diào)整</b></p><p>　　信號(hào)的濾波采用了四種濾波方式，來(lái)觀察各種濾波性能的優(yōu)缺點(diǎn)：</p><p>　　圖3.3 語(yǔ)音信號(hào)濾波的方式（圖的背景最好去

60、掉）</p><p>　　在以上三圖中，可以看到整個(gè)語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的流程大概分為三步，首先要讀入待處理的語(yǔ)音信號(hào)，然后進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)的處理，包括信息的提取、幅度和頻率的變換以及語(yǔ)音信號(hào)的傅里葉變換、濾波等；濾波又包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波和帶阻濾波等方式。最后對(duì)處理過(guò)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理后的效果顯示。以上是本系統(tǒng)的工作流程，本文將從語(yǔ)音信號(hào)的采集開(kāi)始做詳細(xì)介紹。</p><p>　　第

61、4章 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 數(shù)字濾波器的概念</p><p>　　數(shù)字濾波器 (digital filter)是由數(shù)字乘法器、加法器和延時(shí)單元組成的一種裝置。其功能是對(duì)輸入離散信號(hào)的數(shù)字代碼進(jìn)行運(yùn)算處理，以達(dá)到改變信號(hào)頻譜的目的。由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字濾波器已可用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，也可用大規(guī)模集成數(shù)字硬件實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波器是一個(gè)離 散時(shí)間系統(tǒng)

62、（按預(yù)定的算法，將輸入離散時(shí)間信號(hào)轉(zhuǎn)換為所要求的輸出離散時(shí)間信號(hào)的特定功能裝置）。應(yīng)用數(shù)字濾波器處理模擬信號(hào)時(shí)，首先須對(duì)輸入模擬信號(hào)進(jìn)行限帶、抽樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字濾波器輸入信號(hào)的抽樣率應(yīng)大于被處理信號(hào)帶寬的兩倍，其頻率響應(yīng)具有以抽樣頻率為間隔的周期重復(fù)特性，且以折疊頻率即1／2抽樣頻率點(diǎn)呈鏡像對(duì)稱。為得到模擬信號(hào)，數(shù)字濾波器處理的輸出數(shù)字信號(hào)須經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換、平滑。數(shù)字濾波器具有高精度、高可靠性、可程控改變特性或復(fù)用、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字濾

63、波器在語(yǔ)言信號(hào)處理、圖像信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)生物信號(hào)處理以及其他應(yīng)用領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字濾波器有低通、高通、帶通、帶阻和全通等類型。它可以是時(shí)不變的或時(shí)變的、因果的或非因果的、線性的或非線性的。應(yīng)用最廣的是線性、時(shí)不變數(shù)字濾波器.</p><p>　　4.2 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理</p><p>　　4.2.1 IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理</p><p>　　利用雙

64、線性變換設(shè)計(jì)IIR濾波器（巴特沃斯數(shù)字低通濾波器的設(shè)計(jì)），首先要設(shè)計(jì)出滿足指標(biāo)要求的模擬濾波器的傳遞函數(shù)Ha(s),然后由Ha(s)通過(guò)雙線性變換可得所要設(shè)計(jì)的IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。如果給定的指標(biāo)為數(shù)字濾波器的指標(biāo)，則首先要轉(zhuǎn)換成模擬濾波器的技術(shù)指標(biāo)，這里主要是邊界頻率Wp和Ws的轉(zhuǎn)換，對(duì)ap和as指標(biāo)不作變化。邊界頻率的轉(zhuǎn)換關(guān)系為 ∩=2/T tan(w/2)。接著，按照模擬低通濾波器的技術(shù)指標(biāo)根據(jù)相應(yīng)設(shè)計(jì)公式求出濾波器的階

65、數(shù)N和3dB截止頻率 ∩c ；根據(jù)階數(shù)N查巴特沃斯歸一化低通濾波器參數(shù)表，得到歸一化傳輸函數(shù)Ha(p)；最后，將p=s/ ∩c 代入Ha(p)去歸一，得到實(shí)際的模擬濾波器傳輸函數(shù)Ha(s)。之后，通過(guò)雙線性變換法轉(zhuǎn)換公式s=2/T((1-1/z)/(1+1/z))得到所要設(shè)計(jì)的IIR濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。</p><p>　　4.2.2 FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理</p><p>　　

66、基于窗函數(shù)的FIR 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法通常也稱之為傅立葉級(jí)數(shù)法，是用一定寬度窗函數(shù)截取無(wú)限脈沖響應(yīng)序列，獲得有限長(zhǎng)的脈沖響應(yīng)序列，從而得到FIR 濾波器。它是在時(shí)域進(jìn)行的，由理想濾波器的頻率響應(yīng)推導(dǎo)出其單位沖激響應(yīng)hd (n)，再設(shè)計(jì)一個(gè)FIR數(shù)字濾波器的單位沖激響應(yīng)h(n)去逼近hd (n)，表示= （4-1）</p><p>　　由此得到的離散濾波器的系統(tǒng)傳遞函數(shù)Hd (z) 為 </p>&

67、lt;p><b>　?。剑?-2），</b></p><p>　　該hd (n) 為無(wú)限長(zhǎng)序列，因此Hd (z)是物理不可實(shí)現(xiàn)的。為了使系統(tǒng)變?yōu)槲锢砜蓪?shí)現(xiàn)的，且使實(shí)際的FIR 濾波器頻率響應(yīng)盡可能逼近理想濾波器的頻率響應(yīng)，采用窗函數(shù)將無(wú)限脈沖響應(yīng)hd (n)截取一段h(n)來(lái)近似表示hd (n)，可得：h (n) = hd (n)w(n) ,從而有：式中N 表示窗口長(zhǎng)度，這樣H(z)就

68、是物理可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)。并且從線性相位FIR濾波器的充要條件可知，為了獲得線性相位FIR 數(shù)字濾波器的沖激響應(yīng)h(n) ，那么序列h(n) 應(yīng)有τ = (N ?1) / 2的延遲。由于窗函數(shù)的選擇對(duì)結(jié)果起著重要的作用，針對(duì)不同的信號(hào)和不同的處理目的來(lái)確定窗函數(shù)的選擇才能收到良好的效果。</p><p>　　4.3 數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)方法概述</p><p>　　隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，濾波器也有了

69、翻天腹地的變化，數(shù)字濾波器有很多方面優(yōu)于模擬濾波器，它具有高精度、高穩(wěn)定性，是一種具有頻率選擇性的離散線性系統(tǒng)，即選頻濾波器。它在確定信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)的數(shù)字處理中有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)是確定其系統(tǒng)函數(shù)并實(shí)現(xiàn)的過(guò)程。經(jīng)常用的一類設(shè)計(jì)方法是借助于模擬濾波器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行的。其設(shè)計(jì)步驟是：先設(shè)計(jì)模擬濾波器得到傳輸函數(shù)Ha(s)，然后將Ha(s)按某種方法轉(zhuǎn)換成數(shù)字濾波器的系統(tǒng)函數(shù)H(z)。 </p><p>　

70、　設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器有很多方法：</p><p>　　一、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器兩種變換法（模擬頻率變換法，數(shù)字頻率變換法）；</p><p>　　二、利用模擬濾波器來(lái)設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的兩種方法（沖激不變法、雙線性變換法）；</p><p>　　三、（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）最優(yōu)化技術(shù)設(shè)計(jì)（最小均方誤差法、最小誤差設(shè)計(jì)法）；</p><p>　　在本論文中，主要介

71、紹了模擬頻域變換法實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器的過(guò)程。</p><p>　　4.4 數(shù)字濾波器應(yīng)用前景</p><p>　　濾波器在數(shù)值信號(hào)處理中有廣泛的應(yīng)用。若濾波器的輸入、輸出都是離散時(shí)間信號(hào)，那么，該濾波器的沖激響應(yīng)也必然是離散的，我們稱這樣的濾波器為數(shù)字濾波器。當(dāng)硬件實(shí)現(xiàn)一個(gè)DF時(shí)，所需的元件延遲器、乘法器和加法器。當(dāng)在計(jì)算機(jī)上用軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，它就是一段線性卷積的程序。我們知道，模擬濾波器只能用

72、硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，其元件是L、C、R及運(yùn)算放大器或開(kāi)關(guān)電路。因此，DF的實(shí)現(xiàn)要比AF容易的多，而且易獲得較為理想的效果。</p><p>　　濾波器的種類很多，分類方法也不同，如可以從功能上分，也可以從實(shí)現(xiàn)方法上分，或從設(shè)計(jì)方法上來(lái)分等等。但總的來(lái)說(shuō)濾波器可以分為兩大類，即經(jīng)典濾波器和現(xiàn)代濾波器。經(jīng)典濾波器是假定輸入信號(hào)x(n)中的有效信號(hào)和噪聲信號(hào)成分各在不同的頻帶，當(dāng)x(n)通過(guò)一個(gè)線性濾波系統(tǒng)后，可以將欲噪聲信號(hào)

73、成分有效地去除?？墒?，如果有效信號(hào)和噪聲信號(hào)的頻率帶相互重疊，那么經(jīng)典的濾波器將無(wú)能為力?，F(xiàn)在的地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)處理中的濾波器主要采用經(jīng)典的濾波器進(jìn)行處理。因此有時(shí)濾波效果較好，有時(shí)較差。</p><p>　　現(xiàn)代濾波理論研究的主要內(nèi)容是從含有噪聲的數(shù)據(jù)記錄中估計(jì)出信號(hào)的某些特征或信號(hào)本身。一旦信號(hào)被估計(jì)出，那么估計(jì)出的信號(hào)將比原信號(hào)會(huì)有高的信噪比?，F(xiàn)代濾波器把信號(hào)和噪聲都視為隨機(jī)信號(hào)，利用他們的統(tǒng)計(jì)特征（如自相關(guān)函

74、數(shù)、功率譜函數(shù)等等）導(dǎo)出一套最佳的估值算法，然后用硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。目前現(xiàn)代濾波器主要有：維納濾波器、卡爾曼濾波器、線性預(yù)測(cè)器、自適應(yīng)濾波器等，很多專家將基于特征分解的頻率估計(jì)及奇異值分解算法都?xì)w入現(xiàn)代濾波器的范疇。GR雷達(dá)信號(hào)處理分析系統(tǒng)中的信號(hào)分析中的滑動(dòng)平均譜和常規(guī)處理中的反卷積運(yùn)算采用了現(xiàn)代處理的部分功能。</p><p>　　目前GR雷達(dá)信號(hào)處理分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員目前仍在摸索和試算現(xiàn)代濾波器處理的各種算法，

75、我想在不久的將來(lái)，必將推出在地質(zhì)雷達(dá)中應(yīng)用中效果極佳的現(xiàn)代濾波器。</p><p>　　4.5 數(shù)字濾波器的工作原理</p><p>　　設(shè)x(n)是系統(tǒng)的輸入，是其傅氏變換，是其系統(tǒng)的輸入， 是其傅氏變換。則：</p><p>　　則LTI系統(tǒng)的輸出為： （4-3）</p><p>　　看出輸入系統(tǒng)的頻譜經(jīng)過(guò)濾波器（其系統(tǒng)性能用表

76、示）后變成選取，使濾波器輸出符合我們的要求，這就是數(shù)字濾波器的工作原理。</p><p>　　4.6 數(shù)字濾波器的分類</p><p>　　數(shù)字濾波器的種類有很多，分類的方法也各不相同，具體分類如下：</p><p>　?。?）從功能上分：分為低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器；</p><p>　　第一，低通濾波器（Lowpa

77、ss），是指讓某一定頻率以下的頻率通過(guò)，并使得該指定頻率減少3dB的輸出。而且通過(guò)的頻率稱為斜向頻率（Slope）； 第二，高通濾波器（Highpass），與低通濾波器正好相反，是指讓某一指定頻率以上的聲音頻率通過(guò)，并使得該指定頻率減少3dB的輸出； 第三，帶通濾波器（Bandpass），指分別指定兩個(gè)不同頻率，并讓這兩個(gè)不同頻率所形成的音頻帶通過(guò)，并減少3dB的輸出； 第四，帶阻濾波器（Band Reject）

78、，剛好與帶通濾波器相反，是指使設(shè)定的兩個(gè)音頻帶以外的聲音通過(guò)，并使得指定頻率減少3dB的輸出。</p><p>　　注意：論文中編號(hào)要統(tǒng)一</p><p>　　4.7 雙線性變換法設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器</p><p>　　低通濾波器性能指標(biāo) fp=1000Hz，fst=1200Hz，Ap=1db，As=100db。</p><p>　?。?

79、） 源程序如下：</p><p>　　fs=22050; </p><p>　　[x2]=wavread(' 10.wav');</p><p>　　Ts=1/fs;R1=10;</p><p>　　wp=2*pi*1000/fs; %通帶截止頻率</p><p>　　ws=2*pi*1200/fs

80、; %阻帶截止頻率</p><p>　　Rp=1; %通帶衰減</p><p>　　Rl=100; %阻帶衰減</p><p>　　wp1=2/Ts*tan(wp/2); %將模擬指標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字指標(biāo)</p><p>　　ws1=2/Ts*tan(ws/2); </p><p>　　[N,Wn]

81、=buttord(wp1,ws1,Rp,R1,'s'); %選擇濾波器的最小階數(shù)</p><p>　　[Z,P,K]=buttap(N); %創(chuàng)建butterworth模擬低通濾波器</p><p>　　[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);</p><p>　　[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn；</p&g

82、t;<p>　　[bz,az]=bilinear(b,a,fs); %用雙線性變換法實(shí)現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾</p><p><b>　　波器的轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　[H,W]=freqz(bz,az); %繪制頻率響應(yīng)曲線</p><p><b>　　figure(1)</b><

83、/p><p>　　plot(W*fs/(2*pi),abs(H))</p><p><b>　　grid</b></p><p>　　xlabel('頻率／Hz')</p><p>　　ylabel('頻率響應(yīng)幅度')</p><p>　　title('IIR低

84、通濾波器')</p><p>　　f1=filter(bz,az,x2);</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(2,1,1)</p><p>　　plot(x2) %畫(huà)出濾波前的時(shí)域圖</p><p>　　title('

85、;IIR低通濾波器濾波前的時(shí)域波形');</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　plot(f1); %畫(huà)出濾波后的時(shí)域圖</p><p>　　title('IIR低通濾波器濾波后的時(shí)域波形');</p><p>　　sound(f1,44100); %播放濾波后的信號(hào)<

86、;/p><p>　　F0=fft(f1,1024);</p><p>　　f=fs*(0:511)/1024;</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　y2=fft(x2,1024);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><

87、;p>　　plot(f,abs(y2(1:512))); %畫(huà)出濾波前的頻譜圖</p><p>　　title('IIR低通濾波器濾波前的頻譜')</p><p>　　xlabel('頻率/Hz');</p><p>　　ylabel('幅值');</p><p>　　subp

88、lot(2,1,2)</p><p>　　F1=plot(f,abs(F0(1:512))); %畫(huà)出濾波后的頻譜圖</p><p>　　title('IIR低通濾波器濾波后的頻譜')</p><p>　　xlabel('頻率/Hz');</p><p>　　ylabel('幅值');&

89、lt;/p><p>　?。?） 運(yùn)行結(jié)果如圖4-1、4-2和4-所示：</p><p>　　圖4-1 IIR低通濾波器</p><p>　　圖4-2 IIR低通濾波器濾波前后時(shí)域波形</p><p>　　圖4-3 IIR低通濾波器濾波前后的頻譜</p><p><b>　?。?） 頻譜分析：</b>&

90、lt;/p><p>　　從圖4-3可以看出，經(jīng)過(guò)IIR低通濾波器濾波后將高頻部分濾除了。</p><p>　　4.8 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器</p><p>　　1） 低通濾波器性能指標(biāo) fp=1000Hz，fst=1200Hz，Ap=1db，As=100db。</p><p><b>　?。?）源程序如下：</b>

91、</p><p><b>　　fs=10000;</b></p><p>　　x1=wavread(' 10.wav');</p><p>　　wp=2*pi*1000/fs;</p><p>　　ws=2*pi*1200/fs;</p><p><b>　　Rp=1;&

92、lt;/b></p><p><b>　　Rs=100;</b></p><p>　　wdelta=ws-wp;</p><p>　　N=ceil(8*pi/wdelta); %取整</p><p>　　wn=(wp+ws)/2;</p><p>　　[b,a]

93、=fir1(N,wn/pi,hamming(N+1)); %選擇窗函數(shù)，并歸一化截止頻率</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>　　freqz(b,a,512);</p><p>　　title('FIR低通濾波器');</p><p>　　f2=filter(b,a

94、,x1);</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　subplot(2,1,1)</p><p><b>　　plot(x1)</b></p><p>　　title('FIR低通濾波器濾波前的時(shí)域波形');</p><p>

95、;　　subplot(2,1,2)</p><p><b>　　plot(f2);</b></p><p>　　title('FIR低通濾波器濾波后的時(shí)域波形');</p><p>　　sound(f2,44100); %播放濾波后的語(yǔ)音信號(hào)</p><p>　　F

96、0=fft(f2,1024);</p><p>　　f=fs*(0:511)/1024;</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　y2=fft(x1,1024);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(f,abs(y2

97、(1:512)));</p><p>　　title('FIR低通濾波器濾波前的頻譜')</p><p>　　xlabel('頻率/Hz');</p><p>　　ylabel('幅值');</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　F2=pl

98、ot(f,abs(F0(1:512)));</p><p>　　title('FIR低通濾波器濾波后的頻譜')</p><p>　　xlabel('頻率/Hz');</p><p>　　ylabel('幅值');</p><p>　?。?）運(yùn)行結(jié)果如圖4-4、4-5和4-6所示：</p&g

99、t;<p>　　圖4-4 FIR低通濾波器</p><p>　　圖4-5 FIR低通濾波器濾波前后時(shí)域波形</p><p>　　圖4-6 FIR低通濾波器濾波前后頻</p><p><b>　　（3）頻譜分析：</b></p><p>　　從圖4-6可以看出，經(jīng)過(guò)FIR低通濾波器濾波后，將高頻部分濾除了

100、。</p><p>　　同樣的問(wèn)題：總結(jié)太少</p><p>　　第5章 語(yǔ)音信號(hào)的轉(zhuǎn)換處理</p><p>　　5.1 圖形用戶界面設(shè)計(jì)</p><p>　　在MATLAB主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項(xiàng)，再選擇其中的GUI命令，就會(huì)顯示圖形用戶界面的設(shè)計(jì)模板。MATLAB為GUI設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備了4種模板，分別是Blank GU

101、I(默認(rèn)) 、GUI with Uicontrols(帶控件對(duì)象的GUI模板) 、GUI with Axes and Menu(帶坐標(biāo)軸與菜單的GUI模板)與Modal Question Dialog(帶模式問(wèn)話對(duì)話框的GUI模板)。</p><p>　　設(shè)計(jì)語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的用戶圖形操作界面（GUI）SoundProcess，其中菜單主要包括File、Process和Output三大主要部分，其中File菜單包

102、括輸入（Input）、保存（Save）和退出（Quit）等功能；Process菜單主要包括提?。‥xtract）、調(diào)整（Extract）、變換（Transform）和濾波（Filter）菜單，其中調(diào)整（Extract）包括幅度調(diào)整（Range）和頻率調(diào)整（Frequency），濾波（Filter）菜單包含低通濾波（LowpassFilter）、高通濾波（HighpassFilter）、帶通濾波（BandpassFilter）和帯阻濾波（

103、BandstopFilter）等功能菜單。</p><p>　　5.2 信號(hào)的采集</p><p>　　該系統(tǒng)是以一段簡(jiǎn)短的的語(yǔ)音信號(hào)做為分析樣本，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將一段“主人，信息收到了”的語(yǔ)音信號(hào)保存到到計(jì)算機(jī)中，并且保存格式為“*.wav”。</p><p>　　5.3 語(yǔ)音信號(hào)的處理設(shè)計(jì)</p><p>　　5.3.1 語(yǔ)音信號(hào)的提

104、取</p><p>　　在Matlab中使用Wavread函數(shù)，可得出信號(hào)的采樣頻率為22500，并且聲音是單聲道的。利用Sound函數(shù)可以清晰的聽(tīng)到“主人，信息收到了”的語(yǔ)音。采集數(shù)據(jù)并畫(huà)出波形圖。</p><p>　　其中聲音的采樣頻率Fs=22050Hz，y為采樣 數(shù)據(jù)，NBITS表示量化階數(shù)。</p><p><b>　　部分程序如下：</b

105、></p><p>　　fn=input(' Enter WAV filename:','s'); %獲取一個(gè)*.wav的文件</p><p>　　[x,fs,nb]=wavread(fn);</p><p>　　ms2=floor(fs*0.002);</p><p>　　ms10=floor(fs*0

106、.01);</p><p>　　ms20=floor(fs*0.02);</p><p>　　ms30=floor(fs*0.03);</p><p>　　t=(0:length(x)-1)/fs; %計(jì)算樣本時(shí)刻 </p><p>　　subplot(2,1,1); %確定顯示位置</p>&l

107、t;p>　　plot(t,x); %畫(huà)波形圖</p><p>　　legend('Waveform');</p><p>　　xlabel( 'Time(s)');</p><p>　　ylabel('Amplitude'); </p><p>　　運(yùn)行后彈

108、出語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的操作界面如圖5-1：</p><p>　　圖5-1語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的操作界面</p><p>　　然后點(diǎn)擊File菜單中的子菜單Input，回到Matlab軟件的輸入界面如圖5-2：</p><p><b>　　圖5-2輸入界面</b></p><p>　　輸入要處理的語(yǔ)音信號(hào)的名稱，便可得到語(yǔ)音語(yǔ)音

109、的波形圖如圖5-3：</p><p>　　圖5-3語(yǔ)音語(yǔ)音的波形圖（和圖放到一頁(yè)中）</p><p>　　如圖中提取的語(yǔ)音的波形圖所示，整段音頻數(shù)據(jù)中得聲音高低起伏與錄入的聲音信號(hào)基本一致，并且可以觀察到其中包含部分高頻噪聲。</p><p>　　5.3.2 語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)整</p><p>　　在語(yǔ)音信號(hào)的研究中，經(jīng)常會(huì)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行進(jìn)行多倍

110、頻率以及多倍幅度變換調(diào)整，日常應(yīng)用中，這種變換調(diào)整也經(jīng)常要用到。所以在設(shè)計(jì)中也添加了這種功能，并能夠觀察調(diào)整后的信號(hào)的波形圖得變化， 而且能通過(guò)語(yǔ)音處理界面的輸出功能試聽(tīng)處理后的語(yǔ)音信號(hào)。</p><p>　　5.3.2.1 語(yǔ)音信號(hào)的頻率調(diào)整</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，可以將語(yǔ)音信號(hào)的采樣頻率提高或降低，來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)整，得到理想的語(yǔ)音信號(hào)。例如將采樣頻率提高一倍，即可得到語(yǔ)音信

111、號(hào)頻率為原頻率2倍新的語(yǔ)音信號(hào)。運(yùn)行ProcessAdjustFrequency，得到如圖5-4的信號(hào)波形圖，并試聽(tīng)調(diào)整后的效果。</p><p>　　圖5-4頻率調(diào)整后波形圖</p><p>　　與原語(yǔ)音信號(hào)相比，經(jīng)過(guò)調(diào)整后的信號(hào)周期變?yōu)樵瓉?lái)的1/2，此時(shí)的語(yǔ)速明顯變快，即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的2倍頻功能。</p><p>　　5.3.2.2 語(yǔ)音信號(hào)的振幅調(diào)整</p

112、><p>　　在設(shè)計(jì)中，可以將語(yǔ)音信號(hào)的幅度進(jìn)行提高或降低操作，來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)整，得到聲音音量大小不同的語(yǔ)音信號(hào)，例如將原語(yǔ)音信號(hào)的幅度提高一倍，得到如下圖5-5的信號(hào)波形圖，可以通過(guò)GUI操作界面的輸出功能試聽(tīng)調(diào)整后的效果。</p><p>　　圖5-5 幅度調(diào)整后波形圖</p><p>　　此時(shí)聽(tīng)到的調(diào)整后聲音聲調(diào)變高，但不是很明顯，可以將幅度的變化值設(shè)置的比較

113、大，那樣的話就可以得到效果相當(dāng)明顯的語(yǔ)音信號(hào)了。</p><p>　　5.3.3 語(yǔ)音信號(hào)的傅里葉變換</p><p>　　倒譜分析是指信號(hào)短時(shí)振幅譜的對(duì)數(shù)進(jìn)行傅里葉反變換。它具有可近似地分離并提取出頻譜包絡(luò)信息和細(xì)微結(jié)構(gòu)信息的特點(diǎn)。</p><p>　　對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，在Matlab中可以利用函數(shù)fft對(duì)信號(hào)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜圖，并進(jìn)行倒譜分

114、析，得到倒譜圖。</p><p>　　傅里葉變換的部分程序如下：</p><p>　　x=y(44101:55050,1); %提取原語(yǔ)音信號(hào)的一部分</p><p>　　t=(0:length(x)-1)/fs; %計(jì)算樣本時(shí)刻</p><p>　　subplot(3,1,1); %

115、確定顯示位置</p><p>　　plot(t,x); %畫(huà)波形圖</p><p>　　legend('波形圖');</p><p>　　xlabel( 'Time(s)');</p><p>　　ylabel('Amplitude');</p>

116、<p>　　Y=fft(x,hamming(length(x))); %做加窗傅里葉變換</p><p>　　fm=5000*length(Y)/fs; %限定頻率范圍</p><p>　　f=(0:fm)*fs/length(Y); %確定頻率刻度</p><p>　　subplot(3,1,2);</p>

117、<p>　　plot(f,20*log10(abs(Y(1:length(f)))+eps));</p><p>　　legend('頻譜圖'); %畫(huà)頻譜圖</p><p>　　ylabel('幅度(db)');</p><p>　　xlabel('頻率(Hz)');</p

118、><p>　　c=fft(log(abs(x)+eps)); %倒頻譜計(jì)算</p><p>　　ms1=fs/1000;</p><p>　　ms20=fs/50</p><p>　　q=(ms1:ms20)/fs; %確定倒頻刻度</p><p>　　subplot(3,1,3)