成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）
在Matlab平台上实现对语音信号的去噪研
究和仿真
摘要
语音信号在数字信号处理中占有极其重要的地位，因此选择通过对语音信号的研究来巩固和掌握数字信号处理的基本能力十分具有代表性。对数字信号处理离不开滤波器，因此滤波器的设计在信号处理中占有极其重要的地位。而MATLAB软件工具箱提供了对各种数字滤波器的设计。本论文“在MATLAB平台上实现对语音信号的去噪研究与仿真”综合运用了数字信号处理的各种基本知识，进而对不带噪语音信号进行谱分析以及带噪语音信号进行谱分析和滤波处理。通过理论推导得出相应的结论，再通过利用MATLAB作为编程工具来进行计算机实现比价已验证推导出来的结论。在设计过程中，通过设计FIR数字滤波器和IIR数字滤波器来完成滤波处理。在设计过程中，运用了MATLAB对整个设计中的图形的绘制和一些数据的计算以及仿真。
关键字 滤波器；MATLAB；仿真；滤波
I
成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）
Speech signle denoising and simulation in
MATLAB platform
ABSTRACT
Digital signal processing can not be separated from the filter, the filter design occupies an extremely important role in signal processing. The MATLAB software toolbox provides a variety of digital filter design. The subject of the use of basic knowledge of digital signal processing, speech signal and the noisy speech signal specctral snalysis and filtering,By the theoretical derivation of the corresponding conclusions, then to the computer through the use of MATLAB as a programming tool To achieve parity to verify the conclusions derived. In the design process, using the windoow function design FIR digital filter,IIR digital filter using cut design than Chebyshev, Butterworth and bilinear variation method. In the design process,the use of computer and simulation of MATLAB the entire design, graphics rendering,and some date.
Key words filter；MATLAB；simulation；filtering
II
成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）
目录
摘要 ...................................................................................................................................................I ABSTRACT ..................................................................................................................................... II 第1章 前言 .................................................................................................................................. 1
1.1 研究的意义...................................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状.............................................................................................. 1 1.3 研究的内容...................................................................................................... 2
第2章 语音信号去噪方法的研究 ............................................................................................... 4
2.2 去噪的原理...................................................................................................... 4
2.2.1 采样定理 ................................................................................................................. 4
2.2.2 采样频率 ................................................................................................................. 5
2.2 去噪的方法...................................................................................................... 5 FIR滤波器基本结构： ........................................................................................ 7 IIR数字滤波器的设计 ......................................................................................... 8
第3章 滤波器的设计及实现 ....................................................................................................... 10
3.1数字滤波器设计的基本原理......................................................................... 10 3.3 IIR数字滤波器的设计及实现 ................................................................... 13
第四章 去噪及仿真的研究 ........................................................................................................... 16
4.1 语音文件在MATLAB平台上的录入与打开 ............................................. 16
4.2 原始语音信号频谱分析及仿真.................................................................... 16 4.3 加噪语音信号频谱分析及仿真.................................................................... 20 (1)正弦波信号加入原始语音信号 ...................................................................... 20 4.4 去噪及仿真.................................................................................................... 24 4.5 结合去噪后的频谱图对比两种方式滤波的优缺点.................................... 25
总结 ................................................................................................................................................ 27 致谢 ................................................................................................................................................ 28 参考文献 ........................................................................................................................................ 29
III
成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）
第1章 前言
1.1 研究的意义
语音是语言的声学表现，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的
手段。随着社会文化的进步和科学技术的发展，人类开始进入了信息化时代，用现代手段研究语音处理技术，使人们能更加有效地产生、传输、存储、和获取语音信息，这对于促进社会的发展具有十分重要的意义，因此，语音信号处理正越来越受到人们的关注和广泛的研究。
语音信号是信息技术处理中最重要的一门科学，是人类社会几步的标志。那么什么是语音？语音是人类特有的功能，也是人类获取外界信息的重要工具，也是人与人交流必不可少的重要手段。那么什么又是信号？那信号是什么呢？信号是传递信息的函数。离散时间信号——序列——可以用图形来表示。
语音信号处理是一门用研究数字信号处理研究信号的科学。它是一新兴的信
息科学，同时又是综合多个学科领域的一门交叉科学。语音在我们的日常生 活中随时可见，也随处可见，语音很大程度上可以影响我们的生活。所以研究语音信号无论是在科学领域上还是日常生活中都有其广泛而重要的意义。
1.2 国内外研究现状
20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：进入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间，时间匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术—矢量量化（VQ）
1
成都理工大学2012届本科毕业设计（论文）
应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大发展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，他的各项成果也体现在语音信号处理的各项技术之中。
1.3 研究的内容
本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理。本论文针对以上问题，运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理，在matlab7.0环境下综合运用信号提取，幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是在matlab7.0软件上编写一个处理语音信号的程序，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单语音信号处理的目的。
对语音信号的研究，本论文采用了设计两种滤波器的基本研究方法来达到研究语音信号去噪的目的，最终结合图像以及对语音信号的回放，通过对比，得出结论。
本课题的研究基本步骤如下：
1. 语音信号的录制。
2. 在MATLAB平台上读入语音信号。 3. 绘制频谱图并回放原始语音信号。
4. 利用MATLAB编程加入一段正弦波噪音，设计滤波器去噪。
5. 利用MATLAB编程加入一段随机噪音信号，设计FIR和IIR滤波器去噪，
并分别绘制频谱图、回放语音信号。
6 通过仿真后的图像以及对语音信号的回放，对比两种去噪方式的优缺点。
其大概流程框图可如下表示：（图1-1）
2