應(yīng)用Matlab對(duì)含噪聲語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析及濾波

1、應(yīng)用Matlab對(duì)含噪聲的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析及濾波一、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容錄制一段個(gè)人自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；畫(huà)出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；在語(yǔ)音信號(hào)中增加正弦噪聲信號(hào)(自己設(shè)置幾個(gè)頻率的正弦信號(hào))，對(duì)加入噪聲信號(hào)后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線(xiàn)性變換設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并畫(huà)出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫(huà)出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比試聽(tīng)，分析信號(hào)的變化。二、實(shí)現(xiàn)步驟1語(yǔ)音信號(hào)的采集 利用Windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話(huà)音，時(shí)間在1 s內(nèi)。然后在Matlab軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)w

2、avread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，（可用默認(rèn)的采樣頻率或者自己設(shè)定采樣頻率）。2語(yǔ)音信號(hào)的頻譜分析 要求首先畫(huà)出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形；然后對(duì)語(yǔ)音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性。在采集得到的語(yǔ)音信號(hào)中加入正弦噪聲信號(hào)，然后對(duì)加入噪聲信號(hào)后的語(yǔ)音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性。并利用sound試聽(tīng)前后語(yǔ)音信號(hào)的不同。分別設(shè)計(jì)IIR和FIR濾波器，對(duì)加入噪聲信號(hào)的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行去噪，畫(huà)出并分析去噪后的語(yǔ)音信號(hào)的頻譜，并進(jìn)行前后試聽(tīng)對(duì)比。3.數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)給出數(shù)字低通濾波器性能指標(biāo):如，通帶截止頻率fp10000 Hz，阻帶截止頻率fs12000 Hz（可根據(jù)自己所加入噪聲信號(hào)的頻率進(jìn)行

3、阻帶截止頻率設(shè)置），阻帶最小衰減Rs50 dB，通帶最大衰減Rp3 dB（也可自己設(shè)置），采樣頻率根據(jù)自己語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率設(shè)定。報(bào)告內(nèi)容一、實(shí)驗(yàn)原理 含噪聲語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)低通濾波器，高頻的噪聲信號(hào)會(huì)被過(guò)濾掉，得到清晰的無(wú)噪聲語(yǔ)音信號(hào)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容錄制一段個(gè)人自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；畫(huà)出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；在語(yǔ)音信號(hào)中增加正弦噪聲信號(hào)(自己設(shè)置幾個(gè)頻率的正弦信號(hào))，對(duì)加入噪聲信號(hào)后的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法和雙線(xiàn)性變換設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，并畫(huà)出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫(huà)出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)

4、濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比試聽(tīng)，分析信號(hào)的變化。給出數(shù)字低通濾波器性能指標(biāo):如，通帶截止頻率fp10000 Hz，阻帶截止頻率fs12000 Hz（可根據(jù)自己所加入噪聲信號(hào)的頻率進(jìn)行阻帶截止頻率設(shè)置），阻帶最小衰減Rs50 dB，通帶最大衰減Rp3 dB（也可自己設(shè)置），采樣頻率根據(jù)自己語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率設(shè)定。三、實(shí)驗(yàn)程序 1、原始信號(hào)采集和分析 clc;clear;close all; fs=10000; %語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率為10000 x1=wavread(C:UsersacerDesktopvoice.wav); %讀取語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)據(jù)，賦給x1 sound(x1,40000); %播放語(yǔ)音信號(hào)

5、 y1=fft(x1,10240); %對(duì)信號(hào)做1024點(diǎn)FFT變換 f=fs*(0:1999)/1024; figure(1); plot(x1) %做原始語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域圖形 title(原始語(yǔ)音信號(hào)); xlabel(time n); ylabel(fuzhi n); figure(2); plot(f,abs(y1(1:2000); %做原始語(yǔ)音信號(hào)的頻譜圖形 title(原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜) xlabel(Hz); ylabel(fuzhi);2、加入噪聲y=wavread(C:UsersacerDesktopvoice.wav);y=y(:,1); %矩陣維度置換成1subplot(2

6、,2,1);plot(y);title(加噪前的時(shí)域曲線(xiàn));N=length(y)-1;n=0:1/fs:N/fs;x=1.5*sin(40*pi*n); %設(shè)置正弦噪聲信號(hào)x=x.; %置換成矩陣z=y+x; %添加噪聲subplot(2,2,2);plot(z);title(加噪后的時(shí)域曲線(xiàn));sound(z,40000)3、IIR濾波器設(shè)計(jì)clc;clear;close all;fs=22050;x1=wavread(C:UsersacerDesktopvoice.wav);x1=x1(:,1) t=0:1/22050:(size(x1)-1)/22050; %設(shè)置并添加噪聲信號(hào)d=1.

7、5*sin(40*pi*t);d=d.;x2=x1+d;wp=0.25*pi;ws=0.3*pi;Rp=1;Rs=15; %通阻帶截止和通阻帶衰減Fs=22050;Ts=1/Fs;wp1=2/Ts*tan(wp/2); %將模擬指標(biāo)轉(zhuǎn)換成數(shù)字指標(biāo)ws1=2/Ts*tan(ws/2); N,Wn=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,s); %選擇濾波器的最小階數(shù)Z,P,K=buttap(N); %創(chuàng)建butterworth模擬濾波器Bap,Aap=zp2tf(Z,P,K);b,a=lp2lp(Bap,Aap,Wn); bz,az=bilinear(b,a,Fs); %用雙線(xiàn)性變換法實(shí)現(xiàn)模

8、擬濾波器到數(shù)字濾波器的轉(zhuǎn)換H,W=freqz(bz,az); %繪制頻率響應(yīng)曲線(xiàn) figure(1); plot(W*Fs/(2*pi),abs(H);grid %濾波器 xlabel(頻率Hz);ylabel(頻率響應(yīng)幅度);title(Butterworth) f1=filter(bz,az,x2); figure(2); subplot(2,1,1); plot(t,x2); %畫(huà)出濾波前的時(shí)域圖 title(濾波前的時(shí)域波形); subplot(2,1,2);plot(t,f1); %畫(huà)出濾波后的時(shí)域圖 title(濾波后的時(shí)域波形); sound(f1,40000); %播放濾波后的

9、信號(hào) F0=fft(f1,10240);f=fs*(0:255)/10240 figure(3) y2=fft(x2,10240); subplot(2,1,1);plot(f,abs(y2(1:256); %畫(huà)出濾波前的頻譜圖 title(濾波前的頻譜);xlabel(Hz);ylabel(fuzhi); subplot(2,1,2);F1=plot(f,abs(F0(1:256); %畫(huà)出濾波后的頻譜圖 title(濾波后的頻譜);xlabel(Hz);ylabel(fuzhi);4、FIR濾波器設(shè)計(jì)clear all fs=22050; %設(shè)置采樣頻率x1=wavread(C:Users

10、acerDesktopvoice.wav);%讀取聲音x1=x1(:,1)f=fs*(0:1023)/1024; %F=(1:N-1)*Fs/N; %換算成實(shí)際的頻率值 t=0:1/22050:(length(x1)-1)/22050; %定義噪聲信號(hào)d=1.5*sin(40*pi*t); x2=x1+d; %加噪聲 N=30;b1=fir1(N,0.3,hamming(N+1); %設(shè)計(jì)FIR濾波器 M=128;f0=0:1/M:1-1/M;h1=freqz(b1,10,M); %濾波器幅頻響應(yīng) f1=filter(b1,10,x2); %濾波 y0=fft(x2,40000);y00=fft(f1,40000);sound(f1,40000); %播放濾波后的聲音 figure(1)plot(f0,abs(h1); %濾波器幅頻響應(yīng)圖title(濾波器幅頻響應(yīng)圖)figure(2);subplot(2,1,1); plot(t,x2); %畫(huà)出濾波前的時(shí)域圖title(濾波前的時(shí)域波形);subplot(2,1,2);plot(t,f1); %畫(huà)出濾波后的時(shí)域圖title(濾波后的時(shí)域波形);F0=fft(f1