语音信号采集与滤波处理系统设计与实现

任务要求

利用MATLAB 设计实现语音信号采集处理软件，通过MIC 实时录制并分析语音信号，包括实时显示信号波形、时域统计特征值、计算信号的频谱等；采集并录制一段自己的语音信号，选取合适的滤波器性能指标，采用双线性变换设计不同类型（包括巴特沃斯、切比雪夫I 型、切比雪夫II 型、椭圆）滤波器，比较并画出滤波器的频率响应；然后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；回放语音信号；基于MATLAB GUI 设计语音信号采集与滤波处理系统界面，实现上述语音采集、滤波处理功能。要求该系统可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号，显示滤波前后的频谱，播放功能等。

实践原理

采样定理时域信号的FFT分析双线性变换滤波器设计

实现代码

为了将原始的模拟语音信号转变为数字信号，必须进行采样和量化，进而得到时间和幅度上均为离散的数字语音信号。

原始语音信号使用 Windows自带录音机录制，时长为 5s，录音功能代 码如下 ：

fs = 44100;% 采样频率duration = 5; % 时间长度(秒） n = duration*fs;% 采样点数t = (1:n)/fs;%创建一个录音文件：fs =44100, 16-bit, 单通道recObject = audiorecorder(fs, 16, 1); fprintf('3秒后开始录音:\n');pause(3);fprintf('录音中...\n');recordblocking(recObject, duration);stop(recObject);fprintf('录制结束\n');fprintf('按任意键播放录制音频：\n');pauseplay(recObject); % 播放录制的音频y = getaudiodata(recObject);ymax = max(abs(y)); % 归一化y = y/ymax;audiowrite('voice1.wav', y, fs); % 写入音频，进行保存figure(1);plot(t, y);xlabel('时间/s');ylabel('幅度');title('(a)fs = 44100');

波形分析

[x, fs] = audioread('D:\MatlabFile\voice.wav');L = length(x);X=fft(x,L);A = fftshift(X);A=abs(A);magX = abs(X);angX = angle(X);ws = 2* pi* fs;w = (-ws/2 + (0:L-1) * ws/L)/(2 * pi);figure(1)subplot(221);plot(t, x);title('原始信号波形');xlabel('时间/s');ylabel('幅度');subplot(222);plot(w, abs(A)); title('原始信号频谱');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');subplot(223);plot(magX); title('原始信号幅值');subplot(224);plot(angX); title('原始信号相位');

加入正弦噪声

Au = 0.1;n = (Au*sin(2*pi*5000*(1:size(x))/fs))'; %加入正弦噪声% 合成后的语音信号（含噪声）y = x + n;% sound(y, fs ,16);figure(2)subplot(2,2,1)plot(t, x) %做原始语音信号的时域图形title('原语音信号时域波形')xlabel('时间/s');ylabel('幅度');subplot(2,2,2)plot(t, y) %做原始语音信号的时域图形title('加正弦噪声后语音信号时域波形')xlabel('时间/s');ylabel('幅度');y1=fft(y,L);A1 = fftshift(y1);A1 = abs(A1);subplot(2,2,3)plot(w, abs(A))title('原始语音信号频谱');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');subplot(2,2,4)plot(w, abs(A1))title('加噪语音信号频谱');xlabel('频率/Hz');ylabel('幅度');