數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)論文
數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)論文
數(shù)字信號(hào)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(hào)處理技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)論文篇一
語音數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)
【摘要】數(shù)字信號(hào)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(shí)利用MATLAB工具對(duì)語音信號(hào)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(hào)處理;音頻信號(hào);信號(hào)分析;濾波處理
中圖分類號(hào)：TN911.72 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8500(2013)12-0034-01
處在一個(gè)高速發(fā)展，日新月異的社會(huì)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(hào)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(hào)分析
對(duì)語音信號(hào)分析可以從時(shí)域分析和頻譜分析兩個(gè)方面來進(jìn)行。語音的時(shí)域分析包括：短時(shí)能量、短時(shí)過零率、語音端點(diǎn)檢測以及時(shí)域方法求基音等。語音的時(shí)域分析還包括語譜圖、共振峰等。
短時(shí)能量分析作為語音信號(hào)時(shí)域中最基本的方法，應(yīng)用相當(dāng)廣泛，特別是在語音信號(hào)端點(diǎn)檢測方面。由于在語音信號(hào)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(shí)候很容易漏掉的重要信息，短時(shí)能量是對(duì)語音信號(hào)強(qiáng)度的度量參數(shù)。
對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行fourier變換后，我們可以得到對(duì)應(yīng)信號(hào)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(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析， 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行反fourier變換后，我們又可以得到相應(yīng)的語音信號(hào)，于是通過對(duì)頻譜的改變，在進(jìn)行反fourier變換，我們就能知道頻域?qū)r(shí)域的影響。
二、語音信號(hào)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(duì)語音信號(hào)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(duì)語音信號(hào)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(hào)，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(duì)語音信號(hào)進(jìn)行變換。解決這個(gè)問題我們很快想到的是通過語音信號(hào)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(hào)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(duì)語音信號(hào)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(hào)做反傅里葉變換之后播放，發(fā)現(xiàn)語音信號(hào)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(hào)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(hào)需要的頻譜寬度，例如在電話對(duì)語音信號(hào)的采樣中，我們僅僅使用8KHz的采樣速率。對(duì)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(huì)對(duì)信號(hào)的質(zhì)量產(chǎn)生影響。
在matlab中，我們很容易就可以對(duì)信號(hào)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(shí)，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(shí)，聲音變得模糊不清了，把采樣頻率降為原采樣頻率1/8時(shí)，聲音已經(jīng)嚴(yán)重變質(zhì)了。
關(guān)于降采樣對(duì)語音信號(hào)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(huì)變差，因?yàn)椴蓸宇l率低，即我們采的點(diǎn)少，即對(duì)原信號(hào)保留的信息就少，那么信號(hào)還原回來音質(zhì)肯定會(huì)變差。
三、語音信號(hào)的濾波處理
語音信號(hào)的濾波處理是數(shù)字信號(hào)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(gè)信號(hào)時(shí)，濾波器類型的選取主要取決于濾波時(shí)，要強(qiáng)調(diào)的側(cè)重面及信號(hào)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(jì)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(jì)算量較大，不易實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
濾波器設(shè)計(jì)在數(shù)字信號(hào)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(jì)的重要組成部分。利用MATLAB信號(hào)處理工具箱可以快速有效地設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器。課題基于MATLAB有噪音語音信號(hào)處理的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)對(duì)加噪聲語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過程中，使用窗函數(shù)法來設(shè)計(jì)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(jì)IIR數(shù)字濾波器，并利用MATLAB 作為輔助工具完成設(shè)計(jì)中的計(jì)算與圖形的繪制。通過對(duì)對(duì)所設(shè)計(jì)濾波器的仿真和頻率特性分析，可知利用MATLAB信號(hào)處理工具箱可以有效快捷地設(shè)計(jì)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(hào)看作一個(gè)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(hào)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(hào)的頻譜圖中可以看出含噪聲的語音信號(hào)頻譜，在整個(gè)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(duì)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(hào)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(hào)處理，以WINDOWS為平臺(tái)，同時(shí)借用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)了語音信號(hào)在時(shí)域和頻域的分析。通過對(duì)MATLAB函數(shù)的調(diào)用實(shí)現(xiàn)了語音信號(hào)的讀入，以及對(duì)它進(jìn)行濾波。通過學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)到一個(gè)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(duì)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(shí)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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