第一篇：課題六語音信號分析系統設計任務書(80人)

課題六語音信號分析系統設計

一、本課題的目的本設計課題主要研究語音信號初步分析的軟件實現方法、濾波器的設計及應用。通過完成本課題的設計，擬主要達到以下幾個目的：

1．了解Matlab軟件的特點和使用方法。

2．掌握利用Matlab分析信號和系統的時域、頻域特性的方法；

3．掌握數字濾波器的設計方法及應用。

4．了解語音信號的特性及分析方法。

5．通過本課題的設計，培養學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力。

二、課題任務

設計一個簡單的語音信號分析系統，實現對語音信號時域波形顯示、進行頻譜分析，利用濾波器濾除噪聲、對語音信號的參數進行提取分析等功能。采用Matlab設計語言信號分析相關程序，并且利用GUI設計圖形用戶界面。具體任務是：

1．采集語音信號。

2．對原始語音信號加入干擾噪聲，對原始語音信號及帶噪語音信號進行時頻域分析。

3．針對語音信號頻譜及噪聲頻率，設計合適的數字濾波器濾除噪聲。

4．對噪聲濾除前后的語音進行時頻域分析。

5.對語音信號進行重采樣，回放并與原始信號進行比較。

6．對語音信號部分時域參數進行提取。

7．設計圖形用戶界面（包含以上功能）。

三、主要設備和軟件

1．PC機，一臺

2．Matlab6.5以上版本，一套

第二篇：《信號與系統》課程設計——語音信號的分析和處理

《信號與系統》課程設計——語音信號的分析和處理

【設計題目】基于時頻域的分析方法對語音信號進行分析和處理 【設計目標】嘗試對語音信號進行時頻域分析和處理的基本方法 【設計工具】MATLAB 【設計原理】

通過MATLAB的函數wavread()可以讀入一個.wav格式的音頻文件，并將該文件保存到指定的數組中。例如下面的語句（更詳細的命令介紹可以自己查閱MATLAB的幫助）中，將.wav讀入后存放到矩陣y中。y = wavread('SpecialEnglish.wav');

對于單聲道的音頻文件，y只有一行，即一個向量；對于雙聲道的音頻文件，y有兩行，分別對應了兩個聲道的向量。我們這里僅對一個聲道的音頻進行分析和處理即可。注意：.wav文件的采樣頻率為44.1KHz，采樣后的量化精度是16位，不過我們不用關心其量化精度，因為在MATLAB讀入后，已將其轉換成double型的浮點數表示。

在獲得了對應音頻文件的數組后，我們可以對其進行一些基本的分析和處理。可以包括：

1、對語音信號進行頻域分析，找到語音信號的主要頻譜成分所在的帶寬，驗證為何電話可以對語音信號采用8KHz的采樣速率。

2、分析男聲和女聲的差別。我們知道男聲和女聲在頻域上是有些差別的，一般大家都會認為女聲有更多高頻的成分，驗證這種差別。同時，提出一種方法，能夠對一段音頻信號是男聲信號、還是女聲信號進行自動的判斷。

3、語音與樂器音頻的差別。比較語音信號與樂器音頻信號的差別，尤其是在頻域上的差別。

4、.wav文件的采樣速率為44.1KHz，仍然遠遠高于我們通常說的語音信號需要的頻譜寬度，例如在電話對語音信號的采樣中，我們僅僅使用8KHz的采樣速率。對讀入的音頻數據進行不同速率的降采樣，使用wavplay()命令播放降采樣后的序列，驗證是否會對信號的質量產生影響。降采樣的方法很簡單，例如命令y = wavread('SpecialEnglish.wav');將語音文件讀入后保存在向量y中，這時對應的采樣頻率為44.1KHz。使用y1 = y(1:2:length(y))命令，就可以將原序列y每隔1個采樣后放入序列y1中，這時y1序列對應的采樣頻率即為22KHz。

5、自己下載獲得一段中文語音信號（可以使用諸如“千千靜聽”等工具將.mp3文件轉換成.wav文件），對中文語音與英文語音進行比較。以下對提供的語音信號進行說明：

SpecialEnglish.mp3：原始的語音信號，.mp3格式 Q2.wav：男聲信號

Q3.wav、Q5.wav：女聲信號

Q4.wav、Q6.wav：帶有樂器伴奏的男聲歌聲信號 Q7.wav：音樂信號

【MATLAB參考命令】

繪圖命令：plot、stem等 求頻譜、頻率響應：fft、freqz等 卷積、濾波：conv、deconv、filter等

聲音文件讀寫：wavread、wavwrite、wavplay等

具體使用方法可以查閱MATLAB的幫助或者MATLAB參考書的基本使用。

第三篇：--基于MATLAB的語音信號的頻譜分析

DSP課程設計

——基于MATLAB的聲音信號頻譜分析

1． 課程設計目的

綜合運用數學信號處理的理論知識進行語音信號的頻譜分析，通過理論推導得出相應結論，再利用MATLAB作為編程工具進行計算機實現，從而加深對所學知識的理解，建立概念。

2． 理解設計基本要求

1)熟悉離散信號和系統的時域特性。

2)熟悉線性卷積和相關的計算編程方法。

3)掌握序列傅里葉變換的計算機實現方法，利用序列傅里葉變換對離散信號、系統和系統的響應進行頻域分析。4)學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法。5)利用MATLAB對wav文件進行頻譜分析。6)分別用不同的濾波器對加噪語音信號進行濾波，選擇最佳濾波器。

3． 課程設計內容

選擇一個wav文件作為分析的對象，或錄制一段語音信號，對其進行頻譜分析，分別對加噪前后的語音信號進行頻譜分析，再通過不同濾波器根據信號的頻譜特點重構語音信號，選出最佳濾波方案。

4． 課程設計實現步驟

(1)語音信號的獲取

選擇一個wav文件作為分析的對象，可以利用Windows下的錄音機或其他軟件，錄制一段自己的話音，在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread('Blip',[N1 N2]);用于讀取語音，采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率(Hz)，bits表示采樣位數。[N1 N2]表示讀取的值從N1點到N2點的值。

sound(y);用于對聲音的回放。向量y則就代表了一個信號，也即一個復雜的“函數表達式”，也可以說像處理一個信號的表達式一樣處理這個聲音信號。

下面是語音信號在MATLAB中的語言程序，它實現了語音的讀入與打開，并繪出了語音信號時域波形，然后對語音信號進行頻譜分析。在MATLAB中，可以利用函數fft對信號進行快速傅里葉變化，得到信號的頻譜特性。

在頻譜特性中分析最大值的位置（可能有幾個），它代表的頻率和時域的采樣時間有關，相鄰的兩點之間的距離為。其中，N是離散傅里葉變換用的點數，是采樣的時間，前面在讀取 wav文件時得到了采樣頻率。

既然知道了該聲波的頻譜，按頻率就可以反演它的時域值，利用以上分析的主要峰值來重構聲波。由于沒有考慮相位和其他的頻譜分量，所以波形和原來的波形相差甚大，但大體的頻率是沒有錯的。

fs=25600;

%語音信號采樣頻率為25600 [x,fs,bits]=wavread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音音頻.wav');

sound(x,fs,bits);

%播放語音信號

y1=fft(x,4096);

%對信號做2048點FFT變換 f=fs*(0:2047)/4096;figure(1)magy1=abs(y1);angy1=angle(y1);subplot(3,1,1),plot(x);title('原始信號波形')subplot(3,1,2),plot(magy1);title('原始信號幅值')subplot(3,1,3),plot(angy1);title('原始信號相位')figure(2)freqz(x)

%繪制原始語音信號的頻率響應圖 title('頻率響應圖')figure(3)plot(f,abs(y1(1:2048)));title('原始語音信號頻譜')xlabel('Hz');ylabel('fudu');

axis([0 4500 0 400])

（2）wav語音信號加噪聲

在MATLAB軟件平臺下，給原始的語音信號疊加上噪聲，噪聲類型分為如下幾種：（1）單頻噪色（正弦干擾）；（2）高斯隨機噪聲。繪出加噪聲后的語音信號時域和頻譜圖，在視覺上與原始語音信號圖形對比，也可通過Windows播放軟件從聽覺上進行對比，分析并體會含噪語音信號頻譜和時域波形的改變。本實驗采用正弦干擾。

clc;clear;fs=22050;

%語音信號采樣頻率為22050 [x,fs,bits]=wavread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音音頻.wav');%讀取語音信號的數據，賦給變量x y1=fft(x,4096);

%對信號做4096點FFT變換 f=fs*(0:511)/4096;t=(0:length(x)-1)/22050;x1=[0.05*sin(2*pi*10000*t)]';x2=x+x1;sound(x2,fs,bits);figure(1)subplot(2,1,1)plot(x)

%做原始語音信號的時域圖形 title('原語音信號時域圖')subplot(2,1,2)plot(x2)

%做原始語音信號的時域圖形 title('加高斯噪聲后語音信號時域圖')xlabel('time n');ylabel('fudu');y2=fft(x2,4096);figure(2)subplot(2,1,1)plot(abs(y1))title('原始語音信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fudu');subplot(2,1,2)plot(abs(y2))title('加噪語音信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fudu');axis([0 4500 0 300]);wavwrite(x2,fs,'C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音加噪.wav');

（3）巴特沃斯低通濾波

對加入高斯隨機噪聲和正弦噪聲的語音信號進行濾波。用雙線性變換法設計了巴特沃斯數字低通IIR濾波器對兩加噪語音信號進行濾波，并繪制了巴特沃斯低通濾波器的幅度圖和兩加噪語音信號濾波前后的時域圖和頻譜圖。clear all;fb = 1000;fc = 1200;fs = 22050;wp=0.1*pi;ws=0.4*pi;Rp=1;Rs=15;Fs=22050;Ts=1/Fs;wp1=2/Ts*tan(wp/2);%將模擬指標轉換成數字指標 ws1=2/Ts*tan(ws/2);[N,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,'s');%選擇濾波器的最小階數

[Z,P,K]=buttap(N);%創建butterworth模擬濾波器 [Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn);[bd,ad]=bilinear(b,a,Fs);%用雙線性變換法實現模擬濾波器到數字濾波器的轉換 [h,w]=freqz(bd,ad);figure(1)subplot(111);plot(w*fs/(2*pi),abs(h))grid;title('濾波器的性能分析');pause;figure(2)[x,fs,bits]=wavread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音加噪.wav');n=length(x);f=fs*(0:(n/2-1))/n;X=fft(x);z=filter(bd,ad,x);subplot(211);plot(x);title('原始信號的波形');subplot(212);plot(z);title('濾波后信號的波形');pause;figure(3)sound(z,fs,bits);subplot(211);plot(f,abs(X(1:n/2)));title('原始信號的頻譜');xlabel('Hz');Z=fft(z);subplot(212);plot(f,abs(Z(1:n/2)));title('濾波后的信號頻譜');xlabel('Hz');wavwrite(z,fs,'C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音巴濾.wav');

（4）漢明窗的FIR低通濾波

使用窗函數法,選用海明窗設計了數字FIR低通濾波器對加了正弦噪聲的語音信號進行濾波，并繪制了濾波器濾波后的語音信號時域圖和頻譜圖。%FIR濾波

fs=22050;[x,fs,bits]=wavread('C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音加噪.wav');wp=0.25*pi;ws=0.3*pi;wdelta=ws-wp;N=ceil(6.6*pi/wdelta);%取整 t=0:(size(x)-1);wn=(0.2+0.3)*pi/2;b=fir1(N,wn/pi,hamming(N+1));%選擇窗函數，并歸一化截止頻率 f1=fftfilt(b,x);figure(1)freqz(b,1,512)[h1,w1]=freqz(b,1);plot(w1*fs/(2*pi),20*log10(abs(h1)));figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,x)title('濾波前的時域波形');subplot(2,1,2)plot(t,f1);title('濾波后的時域波形');sound(f1);%播放濾波后的語音信號 F0=fft(f1,1024);f=fs*(0:511)/1024;figure(3)y2=fft(x,1024);subplot(2,1,1);plot(f,abs(y2(1:512)));%畫出濾波前的頻譜圖 title('濾波前的頻譜')xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');subplot(2,1,2)F1=plot(f,abs(F0(1:512)));%畫出濾波后的頻譜圖 title('濾波后的頻譜')xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');wavwrite(f1,fs,'C:Documents and SettingsAdministrator桌面語音F濾.wav');

5． 課程設計心得體會

本設計采用了高效快捷的開發工具——MATLAB，實現了語音信號的采集，對語音信號加噪聲及設計濾波器濾除噪聲的一系列工作。從頻率響應圖中可以看出:巴特沃斯濾波器具有單調下降的幅頻特性，通帶內是平滑的。海明窗設計的FIR濾波器的頻率特性幾乎在任何頻帶上都比巴特沃斯濾波器的頻率特性好，過渡帶也比較小，只是海明窗設計的濾波器下降斜度較小對語言的過渡失真進行了補償。

我們小組初步完成了設計任務，由于個人能力有限以及團隊合作不夠默契等諸多問題，還存在許多不足的地方，比如濾波器的設計種類還比較單一，沒有做更多的濾波效果比較等。在以后的工作和學習中會更加努力來完善設計任務。

參考文獻

[1]周輝，董正宏，數字信號處理及MATLAB實現，北京希望出版社，2006 [2]王樹勛.數字信號處理處理基礎及試驗.北京：機械工業出版社，1992 [3]井上伸雄.數字信號處理的應用.北京：科學出版社，1991 [4]鄭君里，楊為理.信號與系統（第二版），高等教育出版社，1981

第四篇：課題二心電信號分析系統的設計任務書--MATLAB(40人)

課題二 心電信號分析系統的設計（MATLAB）

一、本課題的目的本設計課題主要研究數字心電信號的初步分析方法及濾波器的應用。通過完成本課題的設計，擬主要達到以下幾個目的：

1．了解MATLAB軟件的特點和使用方法，熟悉基于Simulink的動態建模和仿真的步驟和過程；

2．了解人體心電信號的時域特征和頻譜特征；

3．進一步了解數字信號的分析方法；

4．通過設計具體的濾波器進一步加深對濾波器的理解；

5．通過本課題的設計，培養學生運用所學知識分析和解決實際問題的能力。

二、課題任務

設計一個簡單的心電信號分析系統。其基本功能包括：輸入原始心電信號，對其做一定的數字信號處理，進行時域顯示、分析及頻譜分析。采用Matlab語言設計相關程序，要求分別采用兩種方式進行仿真，即直接采用Matlab語言編程的靜態系統仿真方式、采用Simulink進行動態建模仿真的方式。根據心電信號的具體特性參數設計系統各功能模塊的源程序，進行調試。

1.對原始數字心電信號進行讀取，由數字信號數據繪制出其時域波形并加以分析。

2.對數字信號數據做一次線性插值，使其成為均勻數字信號，以便后面的信號分析。

3.根據心電信號的頻域特征（自己查閱相關資料），設計相應的低通、高通、帶通濾波器。

4.編程繪制進行信號處理前后的頻譜，做頻譜分析，得出相關結論。

5.對系統功能進行綜合測試，整理數據，撰寫設計報告。

三、主要設備和軟件

1．PC機一臺。

2.MATLAB6.5以上版本，一套。

第五篇：實驗二語音信號分析與處理2010

實驗一語音信號分析與處理

學號姓名注：1）此次實驗作為《數字信號處理》課程實驗成績的重要依據，請同學們認真、獨立完成，不得抄襲。

2）請在授課教師規定的時間內完成；

3）完成作業后，請以word格式保存，文件名為：學號+姓名

4）請通讀全文，依據第2及第3 兩部分內容，認真填寫第4部分所需的實驗數據，并給出程序內容。

1.實驗目的(1)學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法

(2)掌握在windows環境下語音信號采集的方法

(3)掌握MATLAB設計FIR和IIR濾波器的方法及應用

(4)學會用MATLAB對語音信號的分析與處理方法

2.實驗內容

錄制一段自己的語音信號，對錄制的語音信號進行采樣，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖，確定語音信號的頻帶范圍；使用MATLAB產生白噪聲信號模擬語音信號在處理過程中的加性噪聲并與語音信號進行疊加，畫出受污染語音信號的時域波形和頻譜圖；采用雙線性法設計出IIR濾波器和窗函數法設計出FIR濾波器，畫出濾波器的頻響特性圖；用自己設計的這兩種濾波器分別對受污染的語音信號進行濾波，畫出濾波后語音信號的時域波形和頻譜圖；對濾波前后的語音信號進行時域波形和頻譜圖的對比，分析信號的變化；回放語音信號，感覺與原始語音的不同。

3.實驗步驟

1）語音信號的采集與回放

利用windous下的錄音機或其他軟件錄制一段自己的語音（規定：語音內容為自己的名字，以wav格式保存，如wql.wav），時間控制再2秒之內，利用MATLAB提供的函數wavread對語音信號進行采樣，提供sound函數對語音信號進行回放。

[y,fs,nbits]=wavread(file),采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率nbits表示采樣位數。Wavread的更多用法請使用help命令自行查詢。

2）語音信號的頻譜分析

利用fft函數對信號進行頻譜分析

3）受白噪聲干擾的語音信號的產生與頻譜分析

①白噪聲的產生：

N1=sqrt（方差值）×randn(語音數據長度，2)（其中2表示2列，是由于雙聲道的原因）然后根據語音信號的頻譜范圍讓白噪聲信號通過一個帶通濾波器得到一個帶限的白噪聲信號N2；

帶通濾波器的沖激響應為：

hB（n）=?c2

?sinc(?c2

?(n??))??c1

?sinc(?c1

?(n??))其中ωc1為通帶濾波器的下截止頻率，ωc2為通帶濾波器的上截止頻率。其中下截止頻率由每個人的語音信號的最高頻率確定 濾波器的長度N由濾波器的過渡帶確定，一般不宜太小（大于1000），α=（N-1）/2； ②信號y通過低通濾波器，得到信號為x1

低通濾波器的沖激響應為：

hL(n)??c1?sinc(?c1

?(n??))其中的ωc1與上面的帶通濾波器的下截止頻率一致，濾波器的長度N也于上面的帶通濾波器一致，α=（N-1）/2

③將N1加上x1得到一個受到噪聲污染的聲音信號

4）據語音信號的頻帶情況，設計FIR和IIR兩種濾波器

5）用濾波器對受污染語音信號進行濾波

FIR濾波器fftfilt函數對信號進行濾波，IIR濾波器用filter函數對信號進行濾波

6）比較濾波前后信號的波形與頻譜

7）回放濾波后的語音信號

4.實驗數據及實驗程序

實驗數據

1）原始語音信號的時域波形和頻譜圖及語音信號的頻帶范圍

2）帶限白噪聲信號的時域波形和幅頻特性

3）受污染語音信號的時域波形和幅頻譜圖

4）濾波器的頻響特性圖

FIR濾波器的幅頻響特性圖

IIR濾波器的幅頻響特性圖

5）濾波后語音信號的時域波形和頻譜圖

6）濾波前后的語音信號時域波形對比圖和幅頻譜對比圖

7）將實驗的資料的電子文檔交給班長（建立一個文件夾，里面包括：①實驗報告的電子版；②采集的語音信號電子文件；③受污染的語音信號及濾波后的語音信號存在文件名為“姓名+學號.mat”文件的文件中）

實驗程序：

1）實驗主程序

2）FIR濾波器子程序

3）IIR濾波器子程序