题目： 语音信号滤波去噪
语音信号滤波去噪。
首先录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样，修改其参数设置方便实验，再画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。再通过程序编写在程序调试中加入噪声，再画出加入噪声后的时域波形和频谱图。接着自行给定滤波器的性能指标，采用iir滤波器，并画出滤波器的频率响应。
用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化并回放语音信号；通过利用各种不同的开发工具实现语音信号的滤波去噪，掌握数字信号的分析方法和处理方法。
matlab 语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件 ,它可以将声音文件变换为离散的数据文件 , 然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据 ,如数字滤波 、傅里叶变换 、时域和频域分析 、声音回放以及各种图的呈现等 , 信号处理是matlab 重要应用的领域之一 。
本课程设计介绍了基于matlab的对语音信号采集、处理及滤波器的设计，并使之实现的过程。理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，用matlab进行数字语音信号处理，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用matlab作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。
采样器的作用是把连续信号变为脉冲或数字序列。图中示出了一个连续信号f(t)经采样器采样后变为离散信号的过程【1】。
图1 连续信号f(t)经采样器采样后变为离散信号。
图中f(t)为被采样的连续信号，s（t）为周期性窄脉冲信号，fs(t)为采样后的离散信号，它用下式来表征：fs(t)=f(t)s(t)
采样信号的频率特性为：
如果｜f*(jω)｜中各个波形不重复搭接，相互间有一定的距离(频率)即若。
即采样定理可叙述如下：如果采样周期满足下列条件，即：
式中ωmax为连续信号f(t)的最高次谐波的角频率。则采样信号f*(t)
就可以无失真地再恢复为原连续信号f(t)。需要指出的是，采样定理只是在理论上给出了信号准确复现的条件。
我们可以利用windows自带的录音机录制语音文件，进行数字信号的采集。（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000kh z，8位，单声道）或其他软件，将话筒输入计算机的语音输入插口上，启动录音机，录制一段自己的话音。然后在matlab软件平台下，利用函数w**read对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。
通过w**read函数的使用进一步理解采样频率、采样位数等概念。图2是基于pc机的语音信号采集过程：
声音。图2 语音采集过程。
此次录制语音信号，需用到电脑附件中的录音机功能，在机房的电脑系统为windows xp系统，在笔记本的win7系统中，录制的语音信号格式为。wma格式文件，需用格式转换器进行转换。在机房电脑中，点击电脑桌面上的“开始”菜单，再选择“程序”中的“附件”，在“附件”的菜单栏中选择“娱乐”，最后点击“录音机”，就可以得到如图3.
2的图。然后点击开始录制一段“数字通信原理课程设计”的语音信号，时间大约在2~3秒之间。录制好语音信号之后点击另存为，在另存为的对话框中右下角有“更改”选项，进行更改音频文件的参数，其参数设置的值如图3.
3所示。最后将这段语音信号保存在matlab下的work文档中以便以后调用。并命名为“ywt【4】”。
图3 xp系统下的录音机。
图4 语音信号参数设置。
在matlab软件平台下，利用w**read函数对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。通过使用w**read函数，理解采样频率、采样位数等概念。
w**read函数调用格式。
y=w**read(file)，读取file所规定的w**文件，返回采样值放在向量y中。
y,fs,nbits]=w**read(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（hz），nbits表示采样位数。
y=w**read（file，n），读取前n点的采样值放在向量y中。
y=w**read（file，[n1,n2]），读取从n1到n2点的采样值放在向量y中。
对语音信号“进行采样其程序如下：
y,fs,nbits]=w**read(''
语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。
语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法，直接对语音信号的时域波形进行分析，提取的特征参数主要有语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等。
图5 原始信号波形。
在matlab软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：白噪声、单频噪声（正弦干扰）、多频噪声（多正弦干扰）、其他干扰，可设置为低频、高频、带限噪声、chirp干扰、冲激干扰。
绘制出叠加噪声之后的语音信号时域图形及频域图形，在视觉上与原始信号图形对比，也可以通过windows**软件或者是利用matlab中的sound()函数从听觉上进行对比，分析并体会含噪语音信号频谱和时域波形的改变。
利用matlab中的随机函数(randn)产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析。程序如下：
n=length(y求出语音信号的长度。
noise=rand(n,2)/20; %噪声信号的函数。
z=fft(noise快速傅里叶变换。
subplot(2 ,1 ,1),plot(noise);title('噪声信号波形');
subplot(2 ,1 ,2),plot(abs(z));title('噪声信号频谱');
axis([0,250000,0,100]);
图6 噪声信号。
利用模拟滤波器来设计数字滤波器，也就是使数字滤波器能模仿模拟滤波器的特性，这种模仿可以从不同的角度出发。脉冲响应不变法是从滤波器的脉冲响应出发，使数字滤波器的单位脉冲响应序列h(n)模仿模拟滤波器的冲激响应ha(t)，即将ha(t)进行等间隔采样，使h(n)正好等于ha(t)的采样值，满足。
h(n)=ha(nt)
式中，t是采样周期。
如果令ha(s)是ha(t)的拉普拉斯变换，h(z)为h(n)的z变换，利用采样序列的z变换与模拟信号的拉普拉斯变换的关系得。
则可看出，脉冲响应不变法将模拟滤波器的s平面变换成数字滤波器的z平面，这个从s到z的变换z=est是从s平面变换到z平面的标准变换关系式【2】。
图7 脉冲响应不变法的映射关系。
由（1-1）式，数字滤波器的频率响应和模拟滤波器的频率响应间的关系为。
这就是说，数字滤波器的频率响应是模拟滤波器频率响应的周期延拓。正如采样定理所讨论的，只有当模拟滤波器的频率响应是限带的，且带限于折叠频率以内时，即
才能使数字滤波器的频率响应在折叠频率以内重现模拟滤波器的频率响应，而不产生混叠失真，即。
但是，任何一个实际的模拟滤波器频率响应都不是严格限带的，变换后就会产生周期延拓分量的频谱交叠，即产生频率响应的混叠失真，如图7-4所示。这时数字滤波器的频响就不同于原模拟滤波器的频响，而带有一定的失真。当模拟滤波器的频率响应在折叠频率以上处衰减越大、越快时，变换后频率响应混叠失真就越小。
这时，采用脉冲响应不变法设计的数字滤波器才能得到良好的效果。
图8 脉冲响应不变法中的频响混叠现象。
对某一模拟滤波器的单位冲激响应ha(t)进行采样，采样频率为fs，若使fs增加，即令采样时间间隔（t=1/fs）减小，则系统频率响应各周期延拓分量之间相距更远，因而可减小频率响应的混叠效应[3]。
从以上讨论可以看出，脉冲响应不变法使得数字滤波器的单位脉冲响应完全模仿模拟滤波器的单位冲激响应，也就是时域逼近良好，而且模拟频率ω和数字频率ω之间呈线性关系ω=ωt。因而，一个线性相位的模拟滤波器（例如贝塞尔滤波器）通过脉冲响应不变法得到的仍然是一个线性相位的数字滤波器。
脉冲响应不变法的最大缺点是有频率响应的混叠效应。所以，脉冲响应不变法只适用于限带的模拟滤波器(例如，衰减特性很好的低通或带通滤波器)，而且高频衰减越快，混叠效应越小。至于高通和带阻滤波器，由于它们在高频部分不衰减，因此将完全混淆在低频响应中。
如果要对高通和带阻滤波器采用脉冲响应不变法，就必须先对高通和带阻滤波器加一保护滤波器，滤掉高于折叠频率以上的频率，然后再使用脉冲响应不变法转换为数字滤波器。当然这样会进一步增加设计复杂性和滤波器的阶数。
脉冲响应不变法的主要缺点是产生频率响应的混叠失真。这是因为从s平面到ｚ平面是多值的映射关系所造成的。为了克服这一缺点，可以采用非线性频率压缩方法，将整个频率轴上的频率范围压缩到-π/t～π/t之间，再用z=est转换到z平面上。
也就是说，第一步先将整个s平面压缩映射到s1平面的-π/t～π/t一条横带里；第二步再通过标准变换关系z=es1t将此横带变换到整个z平面上去。这样就使s平面与z平面建立了一一对应的单值关系，消除了多值变换性，也就消除了频谱混叠现象。
iir数字滤波器是一种离散时间系统，其系统函数为。
假设m≤n，当m＞n时，系统函数可以看作一个iir的子系统和一个(m-n)的fir子系统的级联。iir数字滤波器的设计实际上是求解滤波器的系数和 ，它是数学上的一种逼近问题，即在规定意义上（通常采用最小均方误差准则）去逼近系统的特性。如果在s平面上去逼近，就得到模拟滤波器；如果在z平面上去逼近，就得到数字滤波器【2】。
课程设计报告格式 课程设计
洛阳理工学院。课程设计说明书。课程名称。设计课题。专业。班级。学号。姓名。完成日期2014年12月26日。问题描述 小四宋体，行间距单倍行距，每段缩进两个字符。叙述一下设计的内容要求。基本要求 小四宋体，行间距单倍行距，每段缩进两个字符。叙述一下设计的基本要求。测试数据 小四宋体，行间距单倍行距，每...
课程设计总结,课程设计报告
课程设计总结，课程设计报告。3.尝试应用项目管理软件进行项目进程的规划管理 绘制甘特图，不作硬性要求 二 选题说明。人事管理是企业信息管理的重要部分，面对大量的人事工资信息，财务部门采用人力处理将浪费大量的时间 人力和物力，且数据的准确性低。因此，开发一个界面友好，易于操作的人事工资管理软件进行自动...
课程设计 课程设计报告格式
学校名。课程设计报告。课程名称 c语言程序设计 系别 专业班级 学号。姓名。课程题目 企业人事管理系统 完成日期 指导老师 年月日。附件。课程设计的内容。企业人事管理系统 本项目的目标是开发一个功能实用，操作简便，简单明了的人事管理系统。能够录入人事的基本资料，在操作上能够完成诸如添加 修改 删除 ...