课程设计论文-基于matlab的语音信号采集和双线性变换法滤波器设计

课程设计论文-基于matlab的语音信号采集和双线性变换法滤波器设计内容摘要：

语音信号分析是语音信号处理的前提和基础，只有分析出可表示语音信号本质特征的参数，才有可能利用这些参数进行 高效的语音通信、语音合成和语音识别等处理。 而且，语音合成的音质好坏，语音识别率的高低，也都取决于对语音信号分桥的准确性和精确性。 因此语音信号分析在语音信号处理应用中具有举足轻重的地位。 贯穿于语音分析全过程的是“短时分析技术”。 因为，语音信号从整体来看其特性及表征其本质特征的参数均是随时间而变化的，所以它是一个非乎稳态过程，不能用处理乎稳信号的数字信号处理技术对其进行分析处理。 但是，由于不同的语音是由人的口腔肌肉运动构成声道某种形状而产生的响应，而这种口腔肌肉运动相对于语音频率来说是非常缓慢的，所以从另一方 面看，虽然语音倍号具有时变特性，但是在一个短时间范围内 (一般认为在 10～ 30ms 的短时间内 )，其特性基本保持不变即相对稳定，因面可以将其看作是一个准稳态过程，即语音信号具有短时平稳性。 所以任何语音信号的分析和处理必须建立在“短时”的基础上．即进行“短时分析”，将语音信号分为一段一段来分析其特征参数，其中每一段称为一“帧”，帧长一般取为 10～ 30ms。 这样，对于整体的语音信号来讲，分析出的是由每一帧特征参数组成的特征参数时间序列。 4 根据所分析出的参数的性质的不同，可将语音信号分析分为时域分析、频域分析、倒领域 分析等；时域分析方法具有简单、计算量小、物理意义明确等优点，但由于语音信号最重要的感知特性反映在功率谱中，而相位变化只起着很小的作用，所以相对于时域分析来说频域分析更为重要。 本文将简要介绍时域分析、频域分析。 语音信号的时域分析 语音信号的时域分析就是分析和提取语音 信号的时域参数。 进行语音分析时，最先接触到并且也是最直观的是它的时域波形。 语音信号本身就是时域信号，因而时域分析是最早使用，也是应用最广泛的一种分析方法，这种方法直接利用语音信号的时域波形。 时域分析通常用于最基本的参数分析及应用，如语音的分割、预处理、大分类等。 这种分析方法的特点是： ① 表示语音信号比较直观、物理意义明确。 ② 实现起来比较简单、运算且少。 ③ 可以得到语音的一些重要的参数。 ④只使用示波器等通用设备，使用较为简单 等。 语音信号的时域参数有短时能量、短时过零率、短时自相关函数和短时平均幅度差函数等，这是语音信号的一组最基本的短时参数，在各种语音信号数字处理技术中都要应用 [6]。 在计算这些参数时使用的一般是方窗或汉明窗。 对语音信号进行分析，发现发浊音时，尽管声道有若干个共振峰，但由于声门波引起谱的高频跌落，所以其话音能量约集中在 3kHz 以下。 而发清音时，多数能量出现在较高频率上。 高频就意味着高的平均过零率，低频意 味着低的平均过零率，所以可以认为浊音时具有较低的过零率，而清音时具有较高的过零率。 当然，这种高低仅是相对而 言，并没方精确的数值关系。 5 语音信号的频域分析 语音信号的频域分析就是分析语音信号的频域持征。 从广义上讲，语音信号的频域分析包括语音信号的频谱、功率谱、倒频谱、频谱包络分析等，而常用的频域分析方法有带通滤波器组法、傅里叶变换法、线件预测法等几种。 本文介绍的是语音信号的傅里叶分析法。 因为语音波是一个非平稳过程，因此适用于周期、瞬变或平稳随机信号的标准傅里叶变换不能用来直接表示语音信号，而应该用短时傅里叶变换对语音信号的频谱进行分析，相应的频谱称为“短时谱 ”。 3 滤波器的设计 IIR 滤波器 IIR 滤波器设计方法有间接法和直接法，间接法是借助于模拟滤波器的设计方法进行的。 其设计步骤是：先设计过渡模拟滤波器得到系统函数 H（ s），然后将 H（ s）按某种方法转换成数字滤波器的系统函数 H(z)。 FIR 滤波器比鞥采用间接法，常用的方法有窗函数法、频率采样发和切比雪夫等波纹逼近法。 对于线性相位滤波器，经常采用 FIR 滤波器。 对于数字高通、带通滤波器的设计，通用方法为双线性变换法。 可以借助于模拟滤波器的频率转换设计一个所需类型的过渡模拟滤波器，再经过双线性变换将其转换策划那个所需的数字滤波器。 具体设计步骤如 下： 确定所需类型数字滤波器的技术指标。 将所需类型数字滤波器的边界频率转换成相应的模拟滤波器的边界频率， 6 转换公式为 Ω=2/T tan() 将相应类型的模拟滤波器技术指标转换成模拟低通滤波器技术指标。 设计模拟低通滤波器。 通过频率变换将模拟低通转换成相应类型的过渡模拟滤波器。 采用双线性变换法将相应类型的过渡模拟滤波器转换成所需类型的数字滤波器。 我们知道，脉冲响应不变法的主要缺点是会产生频谱混叠现象，使数字滤波器的频响偏离模拟滤波器的。