數(shù)字信號處理技術(shù)論文
數(shù)字信號處理技術(shù)論文
數(shù)字信號處理技術(shù)是將模擬信息(如聲音、視頻和圖片)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的技術(shù)。下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的數(shù)字信號處理技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
數(shù)字信號處理技術(shù)論文篇一
語音數(shù)字信號處理技術(shù)
【摘要】數(shù)字信號處理技術(shù)是將模擬信息(如聲音、視頻和圖片)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息的技術(shù)。DSP通常指的是執(zhí)行這些功能的芯片或處理器。它們可能也用于處理此信息然后將它作為模擬信息輸出。本文利用這些方法結(jié)合起來，同時利用MATLAB工具對語音信號進(jìn)行了分析，解決實(shí)際工程技術(shù)問題的能力。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字信號處理;音頻信號;信號分析;濾波處理
中圖分類號：TN911.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8500(2013)12-0034-01
處在一個高速發(fā)展，日新月異的社會中，科學(xué)技術(shù)無疑扮演著重要的角色。眾所周知，語音信號的處理分析已變得非常流行，基于語音處理分析技術(shù)的產(chǎn)品也開始流入市場，充滿人們的生活。
一、語音信號分析
對語音信號分析可以從時域分析和頻譜分析兩個方面來進(jìn)行。語音的時域分析包括：短時能量、短時過零率、語音端點(diǎn)檢測以及時域方法求基音等。語音的時域分析還包括語譜圖、共振峰等。
短時能量分析作為語音信號時域中最基本的方法，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，特別是在語音信號端點(diǎn)檢測方面。由于在語音信號端點(diǎn)檢測方面這兩種方法通常是獨(dú)立使用的，在端點(diǎn)檢測的時候很容易漏掉的重要信息，短時能量是對語音信號強(qiáng)度的度量參數(shù)。
對語音信號進(jìn)行fourier變換后，我們可以得到對應(yīng)信號的頻譜進(jìn)而畫出其頻譜圖，于是我們就可以很方便地在頻域上對語音信號進(jìn)行分析， 對語音信號進(jìn)行反fourier變換后，我們又可以得到相應(yīng)的語音信號，于是通過對頻譜的改變，在進(jìn)行反fourier變換，我們就能知道頻域?qū)r域的影響。
二、語音信號的頻譜分析
當(dāng)我們知道人的聲音頻譜范圍大致在[300，3500]左右后，我們就能馬上說明為何電話可以對語音信號采用8KHz的采樣速率了。由乃奎斯特采樣定理我們知道采樣頻率 ，即只需使采樣頻率大于7KHz即可，所以電話對語音信號的采樣頻率采用8KHz是完全合理的。
首先播放讀入的語音信號，得到如圖一所示的波形圖以及頻譜圖。然后調(diào)用FFT函數(shù)對語音信號進(jìn)行變換。解決這個問題我們很快想到的是通過語音信號的頻譜圖來進(jìn)行分析，通過觀察頻譜，我們可以很直觀的找到語音信號頻譜中的主要頻率成分所在的帶寬，然后通過其帶寬可以清楚的解釋為何電話可以對語音信號采用8KHz的采樣速率。
為了驗(yàn)證我們的假設(shè)，我們用到了快速傅里葉變換(fft)。直接做fft變換之后其橫坐坐標(biāo)只是比例值，并不是我們想像中的頻率。當(dāng)我們把高頻率掉之后，再將語音信號做反傅里葉變換之后播放，發(fā)現(xiàn)語音信號基本上與以前一致，說明其確實(shí)是由于噪音的影響。由此我們可以認(rèn)為語音信號的主要頻譜成分所在的帶寬范圍為[300，3500]左右。
.wav文件的采樣速率為44.1KHz，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)據(jù)進(jìn)行不同速率的降采樣，使用wavplay()命令播放降采樣后的序列，驗(yàn)證是否會對信號的質(zhì)量產(chǎn)生影響。
在matlab中，我們很容易就可以對信號進(jìn)行降采樣，當(dāng)我們把采樣頻率降為原采樣頻率1/2時，聲音與原聲音相比還相差不太大，當(dāng)把采樣頻率降為原采樣頻率1/4時，聲音變得模糊不清了，把采樣頻率降為原采樣頻率1/8時，聲音已經(jīng)嚴(yán)重變質(zhì)了。
關(guān)于降采樣對語音信號的影響，從直觀的感受上我們就能理解采樣頻率越低，音質(zhì)肯定會變差，因?yàn)椴蓸宇l率低，即我們采的點(diǎn)少，即對原信號保留的信息就少，那么信號還原回來音質(zhì)肯定會變差。
三、語音信號的濾波處理
語音信號的濾波處理是數(shù)字信號處理領(lǐng)域目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，通過語音傳遞信息是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息形式。當(dāng)實(shí)際處理一個信號時，濾波器類型的選取主要取決于濾波時，要強(qiáng)調(diào)的側(cè)重面及信號的特點(diǎn)。文中涉及的四種濾波器，前兩種屬于IIR(Infinite Impulse Response)數(shù)字濾波器，后兩種屬于FIR( Finite Impulse Response)。
IIR濾波器最大優(yōu)點(diǎn)是可取得非常好的通帶與阻滯衰減，計算量較少(階次低)，如果強(qiáng)調(diào)最大限度去除噪聲而沒有別的限制，最佳選擇是IIR濾波器，其缺點(diǎn)是不具有線性相位，由于轉(zhuǎn)移函數(shù)中存在極點(diǎn)，所以IIR濾波器中還存在穩(wěn)定性問題。那么最好選擇為FIR濾波器，它也有缺點(diǎn)，即為了獲得較好的通帶和阻滯衰減，濾波器的階次N往往較大(是同指標(biāo)的IIR濾波器的5～10倍)，所以計算量較大，不易實(shí)時實(shí)現(xiàn)。
濾波器設(shè)計在數(shù)字信號處理中占有極其重要的地位，F(xiàn)IR數(shù)字濾波器和IIR濾波器是濾波器設(shè)計的重要組成部分。利用MATLAB信號處理工具箱可以快速有效地設(shè)計各種數(shù)字濾波器。課題基于MATLAB有噪音語音信號處理的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號處理的理論知識對加噪聲語音信號進(jìn)行時域、頻域分析和濾波。通過理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，再利用 MATLAB 作為編程工具進(jìn)行計算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計實(shí)現(xiàn)的過程中，使用窗函數(shù)法來設(shè)計FIR數(shù)字濾波器，用巴特沃斯、切比雪夫和雙線性變法設(shè)計IIR數(shù)字濾波器，并利用MATLAB 作為輔助工具完成設(shè)計中的計算與圖形的繪制。通過對對所設(shè)計濾波器的仿真和頻率特性分析，可知利用MATLAB信號處理工具箱可以有效快捷地設(shè)計FIR和IIR數(shù)字濾波器，過程簡單方便，結(jié)果的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到指定要求。
將語音信號看作一個向量，于是就把語音數(shù)字化了。通過比較加噪前后，語音的頻譜和語音回放，能明顯的感覺到加入噪聲后回放的聲音與原始的語音信號有很大的不同，前者隨較尖銳的干擾嘯叫聲。從含噪語音信號的頻譜圖中可以看出含噪聲的語音信號頻譜，在整個頻域范圍內(nèi)分是布均勻。其實(shí)，這正是干擾所造成的。通過濾波前后的對比，低通濾波后效果最好，高通濾波后的效果最差。由此可見，語音信號主要分布在低頻段，而噪聲主要分布在高頻段。
四、結(jié)語
本次數(shù)字信號處理，以WINDOWS為平臺，同時借用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了語音信號在時域和頻域的分析。通過對MATLAB函數(shù)的調(diào)用實(shí)現(xiàn)了語音信號的讀入，以及對它進(jìn)行濾波。通過學(xué)習(xí)和認(rèn)識到一個很現(xiàn)實(shí)的問題，搞科研遇到問題是必不可少的，如何正確對待學(xué)習(xí)工作中遇到的問題，要盡量想辦法去解決。這樣我們就得在遇到問題時靜下心來去思考問題并去摸索解決問題的方法，這樣才能在再未來科技日新月異的明天立于不敗之地。
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