用數(shù)字濾波器濾除語音信號中噪聲

1、 語音信號的數(shù)字濾波處理巴特沃思、bartlett窗濾波器設(shè)計數(shù)字濾波器的設(shè)計報告 -處理語音信號學(xué)院：理學(xué)院專業(yè)：電子信息工程班級：01姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：一 緒論1.1設(shè)計目的與要求(1)掌握數(shù)字信號處理的基本概念，基本理論和基本方法。(2)熟悉離散信號和系統(tǒng)的時域特性。(3)掌握序列快速傅里葉變換方法。(4)學(xué)會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設(shè)計方法。(5)掌握利用MATLAB對語音信號進行頻譜分析。(6)掌握濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。(7)掌握MATLAB設(shè)計IIR、FIR數(shù)字濾波器的方法和對信號進行濾波的方法。1.2 設(shè)計內(nèi)容1.2.1預(yù)習(xí)題部分(1)設(shè)計卷積運算的演示程序：可

2、輸入任意兩個序列x1(n)、x2(n)，并指定x1(n)為自己的學(xué)號,本實驗為x1(n)=2,0,0,8,8,4,2,5,0,1,1,0。x2(n)的內(nèi)容和長度自選。例如x2(n)= 1, 2.43, 6.17,12.93,22.17,32.25,40.88, 45.87, 45.87, 40.88, 32.25,22.17, 12.93, 6.17, 2.43,1.0000。(2)編寫程序演示采樣定理（時域采樣、頻譜周期延拓），同時演示采樣頻率小于2fc時，產(chǎn)生的混疊效應(yīng)： 對下面連續(xù)信號進行采樣：， A為幅度因子，a為衰減因子，為模擬角頻率，其中n為學(xué)號(例如，王墨同學(xué)n=23) 要求輸入

3、采樣頻率fs（根據(jù)程序處理需要指定范圍）后，在時域演示信號波形、采樣脈沖及采樣后信號；在頻域演示不同采樣頻率下對應(yīng)信號的頻譜。1.2.2設(shè)計題部分(1)利用Windows下的錄音機或其他軟件，選擇Windows系統(tǒng)的“叮······”（ding.wav），并對該信號進行采樣；(2)語音信號的頻譜分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖；(3)產(chǎn)生噪聲信號加到語音信號中，得到被污染的語音信號，并回放語音信號；(4)污染信號的頻譜分析，畫出被污染的語音信號時域波形和頻譜； (5)根據(jù)有關(guān)的頻譜特性，采用間接法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器，并畫出

4、相應(yīng)濾波器的幅頻圖（設(shè)計3個IIR濾波器）a. 模擬濾波器類型：巴特沃思濾波器（低通、帶通、高通）b總體要求：MATLAB原程序+仿真波形+技術(shù)指標(biāo) (6)根據(jù)有關(guān)的頻譜特性，采用直接法設(shè)計FIR數(shù)字濾波器，并畫出相應(yīng)濾波器的幅頻圖（設(shè)計3個FIR濾波器）a. 濾波器類型：Bartlett窗（低通、帶通、高通）b總體要求：MATLAB原程序+仿真波形+技術(shù)指標(biāo)+窗函數(shù) (7)用自己設(shè)計的這些濾波器分別對被不同噪聲污染的信號進行濾波；(8)分析得到信號的頻譜，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化；(9)回放語音信號。二 課程設(shè)計基本原理2.1設(shè)計思路(1)選

5、擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號(2)根據(jù)不同的濾波器選擇不同的噪聲信號加到語音信號中，得到被污染的語音信號。(3)分別設(shè)計巴特沃思濾波器（低通、帶通、高通）以及Bartlett窗濾波器（低通、帶通、高通）對被污染的語音信號濾波，濾掉相應(yīng)的噪音信號，得到符合要求的語音信號。方案設(shè)計流程圖如圖2.1所示。（圖為巴特沃思濾波器，Bartlett窗濾波器與巴特沃思類似）圖2.1 總體方案設(shè)計流程圖（巴特沃思）2.2 設(shè)計原理 語音信號的頻譜范圍主要為800HZ左右，并且在5000HZ左右有一個小信號，因此，在設(shè)計低通濾波器時，應(yīng)把噪聲頻譜設(shè)定在5000HZ以上，這樣，通過低通濾波器

6、，即可濾除噪聲信號從而還原語音信號；在設(shè)計高通濾波器時，應(yīng)把噪聲設(shè)定在800HZ以內(nèi)，以通過高通濾波器濾除低頻的噪聲信號，從而還原相對頻率較高的語音信號；在設(shè)計帶通濾波器時，可把噪聲設(shè)計在低于800HZ或高于5000HZ的頻譜上，已通過帶通濾波器還原帶通范圍內(nèi)的語音信號。2.2.1設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的基本思想設(shè)計IIR數(shù)字濾波器的方法主要有基于沖激響應(yīng)不變法的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計，基于雙線性Z變換法的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計，數(shù)字高通、帶通及帶阻IIR濾波器設(shè)計，基于MATLAB函數(shù)直接設(shè)計IIR數(shù)字濾波器。本實驗中采用雙線性變換法變換的巴特沃思數(shù)字濾波器。2.2.1.1巴特沃思低通數(shù)字濾波器(

7、1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)給信號加一個大頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)大于語音信號的最大頻率），產(chǎn)生污染信號。(3)設(shè)計一個巴特沃思低通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為小于噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的巴特沃思低通濾波器濾除被噪聲污染后的語音信號。還原語音信號。2.2.1.2巴特沃思高通數(shù)字濾波器(1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)

8、給信號加一個小頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)小于語音信號的最小頻率），產(chǎn)生污染信號。(3)設(shè)計一個巴特沃思高通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為大于噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的巴特沃思低通濾波器濾除被噪聲污染后的語音信號。還原語音信號。2.2.1.3巴特沃思帶通數(shù)字濾波器(1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)給信號加一個小頻率或大頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)小于語音信號的最小頻率或大于語音信號的最大頻率），產(chǎn)生污染信號。本實驗取小頻率的噪聲信號。(3)設(shè)計一個巴特沃思帶

9、通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為不包括噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的巴特沃思帶通濾波器濾除被噪聲污染后的語音信號。還原語音信號。2.2.2設(shè)計FIR濾波器的基本思想FIR濾波器通常采用窗函數(shù)方法來設(shè)計。正確地選擇窗函數(shù)可以提高設(shè)計數(shù)字濾波器的性能，或者在滿足設(shè)計要求的情況下，減小FIR數(shù)字濾波器的階次。常用的窗函數(shù)有以下幾種：矩形窗(Rectangular window)、三角窗(Triangular window)、漢寧窗(Hanning window)、海明窗(Hamming window)、布拉克曼窗(Bartlett window)、切比雪夫窗(Chebyshev win

10、dow)、巴特里特窗(Bartlett window)及凱塞窗(Kaiser window)。本實驗中選用布拉克曼窗(Bartlett window)設(shè)計濾波器。2.2.1.1 Bartlett窗低通濾波器(1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)給信號加一個大頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)大于語音信號的最大頻率），產(chǎn)生污染信號。(3) 設(shè)計一個Bartlett窗低通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為小于噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的Bartlett窗低通濾波器濾除被噪聲

11、污染后的語音信號。還原語音信號。2.2.1.2 Bartlett窗高通濾波器(1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)給信號加一個小頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)小于語音信號的最小頻率），產(chǎn)生污染信號。(3)設(shè)計一個Bartlett窗高通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為大于噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的Bartlett窗高通濾波器濾除被噪聲污染后的語音信號。還原語音信號。2.2.1.3 Bartlett窗帶通濾波器(1)選擇來自于D盤的“ding.wav”聲音作為語音信

12、號（用如下語句調(diào)用x,FS,bits=wavread('D:ding.wav')）。(2)給信號加一個小頻率或大頻率的噪聲（取噪聲頻率遠(yuǎn)小于語音信號的最小頻率或大于語音信號的最大頻率），產(chǎn)生污染信號。本實驗取小頻率的噪聲信號。(3)設(shè)計一個Bartlett窗帶通濾波器，通帶范圍包括語音信號，阻帶頻率設(shè)定為不包括噪聲信號頻率。(4)將設(shè)計好的Bartlett窗帶通濾波器濾除被噪聲污染后的語音信號。還原語音信號。3 設(shè)計步驟和過程3.1 設(shè)計步驟(1)語音信號的采集要求利用windows下的錄音機（開始程序附件娛樂錄音機，文件屬性立即轉(zhuǎn)換8000Hz，8位，單聲道）錄制一段自己的話

13、音，或者采用Windows自帶的聲音文件（默認(rèn)為22050Hz），時間控制在幾秒左右。然后在MATLAB軟件平臺下，利用函數(shù)wavread對語音信號進行采樣，記住采樣頻率和采樣點數(shù)。通過wavread函數(shù)的使用，要求理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。wavread函數(shù)調(diào)用格式：y=wavread(file)，讀取file所規(guī)定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。y,fs,nbits=wavread(file)，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率（Hz），nbits表示采樣位數(shù)。y=wavread(file,N)，讀取前N點的采樣值放在向量y中。y=wavread(file,N1,N2)，讀取從

14、N1點到N2點的采樣值放在向量y中。(2)語音信號的頻譜分析要求首先畫出語音信號的時域波形；然后對語音信號進行頻譜分析，在MATLAB中，可以利用函數(shù)fft對信號進行快速付立葉變換，得到信號的頻譜特性；從而加深對頻譜特性的理解。(3)設(shè)計數(shù)字濾波器和畫出頻率響應(yīng)根據(jù)語音信號的特點給出有關(guān)濾波器的性能指標(biāo)，例如：1）低通濾波器性能指標(biāo)，fp=1000Hz，fc=1200 Hz， As=100dB，Ap=1dB；2）高通濾波器性能指標(biāo)，fc=2800 Hz，fp=3000 Hz，As=100dB，Ap=1dB；3）帶通濾波器性能指標(biāo)，fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fc1=1000

15、 Hz，fc2=3200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。(4)回放語音信號在MATLAB中,函數(shù)sound可以對聲音進行回放。其調(diào)用格式：sound(x,fs,bits);可以感覺濾波前后的聲音有變化。這里可以通過兩種方式進行信號采集，一是在自己電腦C:WINDOWSMedia中有很多系統(tǒng)聲音，我選擇了自己電腦里的“Windows XP 叮當(dāng)聲”這個聲音文件（.wav）。二用電腦自帶錄音軟件(開始所有程序附件娛樂錄音機)，或者使用其它專業(yè)的錄音軟件，錄制時需要配備錄音硬件（如麥克風(fēng)），為便于比較，需要在安靜、干擾小的環(huán)境下錄音。3.2設(shè)計詳細(xì)過程3.2.1語音信號的采集與頻譜分析將電腦

16、D:ding.wav這一聲音文件導(dǎo)入MATLAB軟件中，繪出采樣后的語音信號的時域波形和頻譜圖。MATLAB程序如下：clf;x,FS,bits=wavread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(211);plot(x);%sound(x,FS,bits);title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(212);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');運行程序得到語音

17、信號時域和頻譜圖形如圖3.1所示。圖3.1 語音信號時域和頻譜圖3.2.2 IIR數(shù)字濾波器的設(shè)計下面分別用巴特沃思數(shù)字濾波器（低通、帶通、高通）對被噪聲污染后的信號進行濾波。3.2.2.1巴特沃思低通濾波器(1)添加高頻的噪聲信號zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050)，MATLAB程序如下。噪聲信號的時域及幅頻圖如圖3.2所示。 %噪聲信號zt=0:length(x)-1;zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050);zs0=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050000);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs

18、0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜'); 圖3.2噪聲信號時域和頻譜圖(2)設(shè)計巴特沃思低通濾波器，MATLAB程序如下。濾波器圖如圖3.3所示。%低通濾波fp=3000;fs=3500;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc

19、=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,'s');Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯低通濾波器');xlabel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');gridon; 圖3.3巴特沃思低通濾波器圖3.2.2.2巴特沃思高通濾波器(1)添加低頻噪聲信號zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050)

20、，MATLAB程序如下。噪聲信號的時域及幅頻圖如圖3.4所示。t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');圖3.4 噪聲信號時域和頻譜圖(2)設(shè)計巴特沃思高通濾波器，MATLAB程序如下。濾波器圖如圖3.5所示。%

21、高通濾波fp=600;fs=400;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,'high','s');Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯高通濾波器');xl

22、abel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');grid on; 3.5 巴特沃思高通濾波器圖3.2.2.3巴特沃思帶通濾波器(1)添加低頻噪聲信號0.05*cos(2*pi*100*t/22050)，MATLAB程序如下。噪聲信號的時域及幅頻圖如圖3.6所示。t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放

23、噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');圖3.6 噪聲信號時域和頻譜圖(2)設(shè)計巴特沃思帶通濾波器，MATLAB程序如下。濾波器圖如圖3.7所示。%帶通濾波fp=600,6000;fs=400,7000;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,&#

24、39;s');Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯帶通濾波器');xlabel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');grid on;圖3.7 巴特沃思帶通濾波器圖3.2.3 FIR數(shù)字濾波器的設(shè)計3.2.3.1 語音處理bartlett窗低通濾波器(1)添加噪聲信號zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050)，MATLAB程序如下。噪聲信號的時域及幅頻圖如圖3.

25、8所示。t=0:length(x)-1;zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050);zs0=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050000);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');圖3.8 噪聲信號時域和頻譜圖(2)設(shè)計Bartlett窗低通濾波器，MATLAB程序如下

26、。濾波器圖如圖3.9所示。FS=22050;fp=3000,fc=3500; wp=2*pi*fp/FS;ws=2*pi*fc/FS;Bt=ws-wp; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi; bz,az=fir1(N-1,wc,bartlett(N); h,w=freqz(bz,az);plot(w/pi,20*log(abs(h);圖3.9 Bartlett窗低通濾波器圖3.2.3.2 語音處理Bartlett窗高通濾波器(1)添加噪聲信號zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050)，MATLAB程序如下。噪

27、聲信號的時域及幅頻圖如圖3.10所示。t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');圖3.10 噪聲信號時域和頻譜圖 (2)設(shè)計Bartlett 窗高通濾波器，MATLAB程序如下。濾波器圖如圖3.11所示。fp=6

28、00,fc=400; wp=2*pi*fp/FS;ws=2*pi*fc/FS;Bt=wp-ws; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi; bz,az=fir1(N-1,wc,'high',bartlett(N); h,w=freqz(bz,az);plot(w/pi,20*log(abs(h);圖3.11 Bartlett窗高通濾波器圖3.2.3.3 語音處理Bartlett 窗帶通通濾波器(1)添加噪聲信號zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050)，MATLAB程序如下。噪聲信號的時域及幅頻圖

29、如圖3.12所示。t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');圖3.12 噪聲信號的時域及頻譜圖(2)設(shè)計Bartlett 窗帶通濾波器，MATLAB程序如下。濾波器圖如圖3.13所示。wlp=600*2*pi/F

30、S,wup=6000*2*pi/FS;wls=400*2*pi/FS;wus=7000*2*pi/FS; Bt=wlp-wls; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wls+wlp)/2/pi,(wus+wup)/2/pi; bz,az=fir1(N-1,wc,bartlett(N); h,w=freqz(bz,az);plot(w/pi,20*log(abs(h); 圖3.13 Bartlett窗帶通濾波器圖4 程序調(diào)試及運行結(jié)果4.1 巴特沃思低通數(shù)字濾波器 將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性之后用巴特沃思低通濾波器進行濾

31、波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.1所示。Fs=22050;x,FS,bits=wavread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)

32、-1;zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050);zs0=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050000);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs'%sound(x1,FS,bits); %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);fig

33、ure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信號波形');subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%低通濾波fp=3000;fs=3500;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,'s&

34、#39;);Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯低通濾波器');xlabel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');grid on;yd=filter(Bz,Az,x1);figure(5);subplot(2,1,1);plot(yd); title('濾波后信號波形');ydd=fft(yd,1200);subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(

35、ydd(1:600);title('濾波后信號頻譜');sound(yd,FS,bits)圖4.1巴特沃思低通濾波器處理噪聲圖 4.2 巴特沃思高通數(shù)字濾波器將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性之后用巴特沃思高通濾波器進行語音信號的濾波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.2所示。Fs=22050;x,FS,bits=wavread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖

36、')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),a

37、bs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs0'%sound(x1,FS,bits); %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信號波形');subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%高通濾波fp=600;fs=400;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=

38、1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,'high','s');Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*22050);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯高通濾波器');xlabel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');grid on;yd=filter(Bz

39、,Az,x1);figure(5);subplot(2,1,1);plot(yd); title('濾波后信號波形');ydd=fft(yd,1200);subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(ydd(1:600);title('濾波后信號頻譜');sound(yd,FS,bits)圖4.2 巴特沃思高通濾波器處理噪聲圖 4.3 巴特沃思帶通數(shù)字濾波器將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性之后用巴特沃思帶通濾波器進行語音信號的濾波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.3所示。Fs=22050;x,FS,bits=w

40、avread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);s

41、ubplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs0'%sound(x1,FS,bits); %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信號波形');subplot(2,1,2);plot(f

42、(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%帶通濾波fp=600,6000;fs=400,7000;Fs=22050;rp=1;rs=10;wp=2*pi*fp/Fs;ws=2*pi*fs/Fs;T=1;Fs1=1;wap=2*tan(wp/2);was=2*tan(ws/2);N,wc=buttord(wap,was,rp,rs,'s');B,A=butter(N,wc,'s');Bz,Az=bilinear(B,A,Fs1);figure(4);h,w=freqz(Bz,Az,512,Fs1*2205

43、0);plot(w,abs(h);title('巴特沃斯帶通濾波器');xlabel('頻率（HZ）');ylabel('耗損（dB）');grid on;yd=filter(Bz,Az,x1);figure(5);subplot(2,1,1);plot(yd);ydd=fft(yd,1200);subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(ydd(1:600);sound(yd,FS,bits)圖4.3 巴特沃思帶通濾波器處理噪聲圖4.4 Bartlett窗低通濾波器將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性

44、之后用Bartlett 窗低通濾波器進行語音信號的濾波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.4所示。%語音信號Fs=22050;x,FS,bits=wavread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖

45、9;);%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)-1;zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050);zs0=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050000);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs'%sound(x1,FS,bits);

46、 %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信號波形');subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%低通加窗濾波fp=3000,fc=3500; wp=2*pi*fp/FS;ws=2*pi*fc/FS;Bt=ws-wp; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi; hn=fir1(N-1,wc,bartlett(

47、N); X=conv(hn,x); sound(X,FS,bits);X1=fft(X,1200);figure(4);subplot(211);plot(X);title('濾波后的信號波形');subplot(212);plot(f(1:600),abs(X1(1:600); title('濾波后的信號頻譜')圖4.4 Bartlett窗低通濾波器處理噪聲圖 4.5 Bartlett窗高通濾波器將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性之后用Bartlett 窗高通濾波器進行語音信號的濾波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.5所示。Fs=

48、22050;x,FS,bits=wavread('C:WINDOWSMedia');x=x(:,1);figure(1);subplot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)-1;zs0=0.05*co

49、s(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(zs0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs0'%sound(x1,FS,bits); %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信

50、號波形');subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%高通加窗濾波fp=600,fc=400; wp=2*pi*fp/FS;ws=2*pi*fc/FS;Bt=wp-ws; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi; hn=fir1(N-1,wc,'high',bartlett(N); X=conv(hn,x); sound(X,FS,bits);X1=fft(X,1200);figure(4);subplot

51、(211);plot(X);title('濾波后的信號波形');subplot(212);plot(f(1:600),abs(X1(1:600); title('濾波后的信號頻譜')圖4.5 Bartlett窗高通濾波器處理噪聲圖 4.6 Bartlett窗帶通濾波器將語音信號和噪音信號疊加可以得到含噪聲信號，分析其頻譜特性之后用Bartlett窗帶通濾波器進行語音信號的濾波。MATLAB程序如下，仿真處理如圖4.6所示。Fs=22050;x,FS,bits=wavread('D:ding.wav');x=x(:,1);figure(1);sub

52、plot(2,1,1);plot(x);%sound(x,FS,bits); %回放語音title('語音信號時域波形圖')y=fft(x,3260);f=(FS/1630)*1:1630; subplot(2,1,2);plot(f(1:1630),abs(y(1:1630);title('語音信號頻譜圖');%產(chǎn)生噪聲信號并加到語音信號t=0:length(x)-1;zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050);figure(2);subplot(2,1,1)plot(zs0)title('噪聲信號波形');zs1=fft(z

53、s0,1200);%sound(zs,FS,bits); %回放噪音 subplot(2,1,2)plot(f(1:600),abs(zs1(1:600);title('噪聲信號頻譜');x1=x+zs0'%sound(x1,FS,bits); %回放加入噪聲后的語音y1=fft(x1,1200);figure(3);subplot(2,1,1);plot(x1);title('加入噪聲后的信號波形');subplot(2,1,2);plot(f(1:600),abs(y1(1:600);title('加入噪聲后的信號頻譜');%帶通加窗

54、濾波wlp=600*2*pi/FS,wup=6000*2*pi/FS;wls=400*2*pi/FS;wus=7000*2*pi/FS; Bt=wlp-wls; N0=ceil(11*pi/Bt); N=N0+mod(N0+1,2);wc=(wls+wlp)/2/pi,(wus+wup)/2/pi; hn=fir1(N-1,wc,bartlett(N); X=conv(hn,x); sound(X,FS,bits);X1=fft(X,1200);figure(4);subplot(211);plot(X);title('濾波后的信號波形');subplot(212);plot(

55、f(1:600),abs(X1(1:600); title('濾波后的信號頻譜')圖4.6 Bartlett 窗帶通濾波器處理噪聲圖5針對不同噪聲信號濾波及分析5.1巴特沃思數(shù)字濾波器分析5.1.1低通巴特沃思低通濾波器用于對高頻噪聲進行濾除，恢復(fù)出低頻的原始信號，為驗證此結(jié)論的正確性，本次課程設(shè)計中我們添加噪聲信號（高頻噪聲）zs=0.05*cos(2*pi*10000*t/22050)于原始信號上，并使用所設(shè)計的巴特沃思低通濾波器對其進行處理，仿真結(jié)果證明所設(shè)計濾波器可實現(xiàn)要求。所設(shè)計濾波器及相應(yīng)添加的噪聲信號仿真圖如圖5.1所示。圖5.1 巴特沃思低通濾波器分析圖5.1.

56、2高通巴特沃思高通濾波器用于對低頻噪聲進行濾除，恢復(fù)出低頻的原始信號，為驗證此結(jié)論的正確性，本次課程設(shè)計中我們添加噪聲信號（低頻噪聲）zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050)于原始信號上，并使用自己設(shè)計的巴特沃思濾波器對其進行處理，仿真結(jié)果證明所設(shè)計濾波器可實現(xiàn)要求。所設(shè)計濾波器及相應(yīng)添加的噪聲信號仿真圖如圖5.2所示。圖5.2 巴特沃思高通濾波器分析圖5.1.3帶通巴特沃思帶通濾波器用于對低頻或高頻噪聲進行濾除，將混合信號恢復(fù)至原始信號，為驗證此結(jié)論的正確性，本次課程設(shè)計中我們添加噪聲信號（低頻噪聲）zs0=0.05*cos(2*pi*100*t/22050)于原始信號上，并使用自己設(shè)計的巴特沃思濾波器對其進行處理，仿真結(jié)果證明所設(shè)計濾波器可實現(xiàn)要求。所設(shè)計濾波器及相應(yīng)添加的噪聲信號仿真圖如圖5.3所示。圖5.3 巴特沃思帶通濾波器分析圖5.2 Bartlett窗數(shù)字濾波器分析5.2.1低通Bartlett窗低通濾波器可以實現(xiàn)對