基于MATLAB的语音信号采集与处理.doc

12※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2010级学生MATLAB毕业设计MATLAB课程设计报告书课题名称基于MATLAB的语音信号采集与处理姓名QQQ学号070306210院、系、部电子科学学院专业电子信息工程指导教师Yc2010年5月31日基于MATLAB的语音信号采集与处理一、实践的目的和要求1.MATLAB软件功能简介MATLAB的名称源自MatrixLaboratory1984年由美国Mathworks公司推向市场。它是一种科学计算软件专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起并提供了大量的内置函数从而被广泛的应用于科学计算、控制系统和信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。MATLAB软件包括五大通用功能数值计算功能（Nemeric）、符号运算功能（Symbolic）、数据可视化功能（Graphic）、数字图形文字统一处理功能（Notebook）和建模仿真可视化功能（Simulink）。其中符号运算功能的实现是通过请求MAPLE内核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。该软件有三大特点一是功能强大；二是界面友善、语言自然；三是开放性强。目前Mathworks公司已推出30多个应用工具箱。MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值及优化、数值统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、次那好和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统以及财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。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。2.本题目的意义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练使用MATLAB进行系统的分析仿真和设计奠定基础。此次实习课程主要是为了进一步熟悉对matlab软件的使用以及学会利用matlab对声音信号这种实际问题进行处理将理论应用于实际加深对它的理解。二、实践原理：1.理论原理利用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。2.具体流程(1).语音信号的采集及分析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。图figure1为原始语音信号的时域图形。从图中可以看出在时域环境下信号呈现出6不规则的信号峰值。通过freqz函数绘制原始语音信号的频率响应图figure2。然后对语音信号进行频谱分析在Matlab中可以利用函数fft对信号行快速傅里叶变换得到信号的频谱图figure3从图中可以看出对各个频点上的随机信号在频域进行抽样抽样频率为22050Hz。(2).给原始信号加上一个高频噪声在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从图中可以看出干扰信号在4000Hz和6000Hz频点处有一高峰其中