MATLAB的语音信号处理(2)

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在20世纪70年代初期，快速傅立叶变换（FFT）、数字滤波器等的出现，奠定了语音信号处理的理论基础和技术基础，形成了相应的一系列数字信号处理理论和算法。到了70年代中期，线性预测技术（LPC）的提出，成为了语音信号处理历程的重要转折点，将其运用于语音信号的特征提取和信息压缩上，并成为了语音信号处理方面最有力的处理工具。在输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法，语音信号的分析、合成等各个领域均有广泛运用。

1.3 本课题的研究内容和方法

1.3.1 研究内容

本设计研究的是对语音信号进行的一些简单处理。为此，本设计通过运用数字信号处理学的基本原理从而实现对语音信号的相关处理，基于MATLAB软件的环境下，通过综合运用信号提取，频率调整，幅度调整以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。本设计所做的内容就是在MATLAB 7.0软件上编写一段处理语音信号的程序代码，使其能对录制的语音信号进行采集的同时，并对语音信号进行一些简单处理从而达到处理目的。

1.3.2 开发环境

本设计是在装有window 7系统的电脑运用Matlab软件进行语音信号处理。

2. 语音信号处理理论依据

2.1 语音信号的特性

第一，在频域内，语音信号具有一个特点，就是其大部分频谱分量会集中于一个范围，这个范围大致在300HZ~3400HZ左右。因此，通过运用带通滤波器对语音信号进行滤波处理，可以将这个范围内的信号频率刷选出来，之后通过一定的采样频率，对语音信号进行采样，从而得到相应的离散语音信号。

第二，在时域内，语音信号具有的特点称之为短时性，即在整体上，语音信号所具有特征是跟着时间变化而发生变化的，但是在某一较短的时间间隔内，语音信号维持平稳趋势，并且在清音阶段会显示出随机噪声的特征，在浊音阶段显示出周期性语音信号的特征。

2.2 语音信号处理工具的选择

MATLAB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，不断完善 MATLAB 产品以提高产品自身的竞争能力。MATLAB具有十分强大的数据分析和处理功能，运用它来进行语音信号的分析、处理和可视化相当便捷。在本设计中，对语音信号的进一步处理分析则选用了MATLAB作为平台。

2.3 数字滤波器的原理及设计

2.3.1数字滤波器的原理

数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱)进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。数字滤波器可以理解为是一个计算程序或算法，将代表输入信号的数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列，并在转化过程中，使信号按预定的形式变化。

2.3.2 数字滤波器的分类

①数字滤波器根据冲激时间特性可分为：无限冲激响应滤波器、有限冲激响应滤波器。

②数字滤波器根据自身频率特性可分为：带通数字波器、带阻数字滤波器、低通数字滤波器、高通数字滤波器。

2.3.3 数字滤波器的比较

本设计在MATLAB上设计了IIR和FIR滤波器的各种类型的滤波器，用以对采集的语音信号进行滤波处理。IIR滤波器采用递归型结构，即反馈结构环路。IIR滤波器可分为具有反馈回路的级联型、并联型、直接型、正准型这四种结构，一般由相加、延迟、乘以相关系数等一系列基本运算构成，它的极点可以在单位圆内的任何位置，从而实现IIR滤波器的阶次可以较低，所用的存储单元较少，效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好，则相位非线性越严重。FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在处收敛，极点全部在z = 0处（因果系统），因而只能用较高的阶数达到高的选择性，它有精确、严格的线性相位特性，并且可以做成既是因果的又是稳定的系统。源-自/优尔+,论^文'网]www.youerw.com