MATLAB的带噪声语音信号处理+滤波器设计(3)
本文最后设计了一个MATLAB的GUI界面，将各个功能模块集成在操作界面上。通过按下各按钮和观察显示窗口，可以很直观的看到各个程序的运行情况和运行结果。
第1章为绪论，介绍了课题的目的与意义、国内研究现状，以及本课题的主要工作和内容；第2章主要是采集语音信号并对其进行时域和频谱分析，然后通过随机函数对原始语音信号进行加噪声处理，最后对得到的带噪声信号进行时域和频谱分析。比较前后两语音信号的时域和频域图；第3章主要介绍了IIR滤波器和FIR滤波器的设计思路、设计方法，及本文中设计的相对应的滤波器的频谱图。使用窗函数法来设计FIR数字滤波器，用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变换法设计IIR数字滤波器，并对两者的设计进行了比较；第4章是分别用窗函数和双线性变换法设计出的滤波器对带噪声的语音信号进行滤波处理，并对滤波后的效果进行比较；最后是介绍利用MATLAB 作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。主要是绘制一个图形用户界面，并将软件的所有功能都集成在此GUI中。
2. 原始语音信号采集与处理
2.1. 语音信号的采样理论依据
数字信号处理是用数字序列来表示信号，通过数字计算机去处理这些序列。然而，要对自然方式产生的模拟信号进行数字信号处理，首先要对模拟数字信号数字化，一个数字信号处理系统的简单框图如图2-1所示。图2-1中的抗混叠滤波器（Antii-aliasing filter）为一模拟低通滤波器。采样保持（Sample and hold）器的作用是将采样得到的瞬间幅值保留一定的时间间隔，便于A/D转换器（Analog to digital converter,模拟数字滤波器转换器）将此瞬时幅值转换成一数字。A/D转换器的输出为数字信号，送通用或专用计算机进行数字信号的处理[7]。
图2-1
最常采用的采样方法是等间隔采样，即每隔一个固定时间T取一个信号值，T称为采样周期。采样保持器按照设定的采样周期对模拟信号进行采样，并将采样得到的瞬时幅值保留一定的时间间隔，该时间间隔应大于A/D转换器所需要的转换时间。理想的采样保持器输出时一阶梯状的波形，阶梯前沿的幅值与此时刻的模拟信号保持一致。采样保持器的输出是连续时间信号。理想的采样保持器应当保持在一常数值。实际应用中采样保持器总是存在一定的偏差的，只要满足一定的精度即可。
采样位数即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。声卡的位客观地反映了数字声音信号对输入声音信号描述的准确程度。 声卡的主要的作用之一是对声音信息进行录制与回放，在这个过程中采样的位数和采样的频率决定了声音采集的质量。采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。
采样位数可以理解为声卡处理声音的解析度。这个数值越大，解析度就越高，录制和回放的声音就越真实。我们首先要知道：电脑中的声音文件是用数字0和1来表示的。所以在电脑上录音的本质就是把模拟声音信号转换成数字信号。反之，在播放时则是把数字信号还原成模拟声音信号输出。
采样定理表明采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍，另外一种等同的说法是奈奎斯特频率必须大于被采样信号的带宽。如果信号的带宽是 100Hz，那么为了避免混叠现象采样频率必须大于 200Hz。换句话说就是采样频率必须至少是信号中最大频率分量频率的两倍，否则就不能从信号采样中恢复原始信号。