数字滤波器在语音信号处理中的应用

数字滤波器在语音信号处理中的应用 : 1002,8684( 2012) 08,0062,04文章编号 ??实用技术 数字滤波器在语音信号处理中的应用 ，付大丽党幼云 ( )，710048西安工程大学 电子信息学院陕西 西安 【摘 要】针对语音信号去噪的问题，MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1713932004436_3了各种类型的 IIR 数字滤波器，然后用不同类型的滤波器处理不同的噪，。，，，声这改变了传统的一成不变的去噪方式实验结果表明同样的噪声用不同的滤波器处理效果各有不同经过分 。 ，析选出最优的滤波方式 【】; IIR; ; 关键词语音信号数字滤波器噪声 T【中图分类号】N912【文献 标识 采样口标识规范化 下载危险废物标识 下载医疗器械外包装标识图下载科目一标识图大全免费下载产品包装标识下载 码】A Application of Digital Filter in the SpeechS ignal Processing FU Dali，DANG Youyun ( School of Electronics , Information，Xi’an Polytechnic University，Xi’an 710048，China)AbstractVarious IIR digital filters are designed in this paper for speech signal denoising, And different noise is dealt by 【】 usng the dfferent typesof fters，whch has changed the tradtona rigid denosng methods, Expermenta resuts show that iiiliiiliiillthe effecti s different with different filters，when noise is same and the optimal filter is selected after analysis, Key wordsspeech signal; IIR; digital filter; noise 【】 ，以理解为是一个计算程序或算法将代表输入信号的 1 引言， 数字时间序列转化为代表输出信号的数字时间序列 ,5,，。并在转化过程中使信号按预定的形式变化 语言是人类进行交流的传播媒体和获得信息的 ,1,，数字滤波器从功能上分类和模拟滤波器一样可 。重要来源之一语音处理技术作为一项高新科 : 、、。以分成四类低通高通带通和带阻滤波器从实现 ，，、、技涉及很多的学科包括数字信号处理语言学语 ，FR I的网络结构或者从单位脉冲响应分类可以分为 、、，音学模式识别等现已成为开发人工智能实现人机 ,2,( ) 、IIR( ) 有限脉冲响应滤波器无限脉冲响应滤波器。对话的重要手段对语音处理的基本理论及各种 。FIR ，，，两种滤波器没有极点稳定性好精度高但是 : 处理算法的研究主要包括两个方面一是从语音的产 FIR ，，要让 滤波器达到高性能需要许多系数要做许 ; 生和语音感知来研究二是将语音作为一种信号进行 ，。IIR ，多乘法操作计算量大滤波器结构简单系数 ，、FFT 处理如数字滤波器等与语音信号处理有着紧 ,3 , 4, ，，，，少乘法操作少效率高易于计算机的辅助设计但 。密的联系，是它也有不足之处是因为有极点在设计时要小心其 IIR ，笔者通过设计各种类型的 数字滤波器对含 。IIR FIR ，稳定性因此可以看到滤波器与 滤波器各 ，有不同噪声的语音信号进行滤波然后比较滤波后语 ，。有利弊所以在实际应用中应该从多方面考虑在本 ，。音信号的时域波形和频谱选择出最优的滤波方式，，文的设计中因为语音通信对相位的要求不敏感所 ，该实验充分利用了数字滤波器的优点改变了传统的 IIR ，以选用 滤波器更为合适可以充分发挥其经济高 ,6,，一成不变的滤波方式为数字滤波器在语音信号去噪 。效的优点 。中的应用提供了技术支持 IIR ，数字滤波器具有无限宽的冲激响应与模拟 ，IIR 滤波器相匹配所以 滤波器的设计可以采取在模 。IIR 拟滤波器设计的基础上做进一步变换数字滤 2 数字滤波器的设计原理波器的设计思想是使数字滤波器的单位冲激序列模 ，仿模拟滤波器的冲激响应将模拟滤波器的冲激响应 滤波器是一种可通过或阻止某种信号频率的电 ，，加以等间隔的抽样使之正好等于抽样值然后再对 。、，路数字滤波器是指输入输出均为数字信号通过 一定运算关系改变输入信号所包含频率成分的相对 。比例或者滤除某种频率成分的器件数字滤波器可 62 Z 其进行 变换得到所要求的数字滤 波 器 的 频 率,7, 。响应 3 语音处理 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 实现 ( 1) 。、语音信号采集在安静干扰小的环境下录 10 s 。制一段不小于 的语音片段并保存在计算机中( 2) 。Matlab 语音信号分析使用 对语音信号进 ，wavread( ) ，行分析用 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 读入语音信号绘出采样后 。语音信号的时域波形和频谱图 ( 3)。Matlab 含噪语音信号合成在 软件平台 ，，下给原始的语音信号叠加上噪声噪声类型分为以: ; ( ) ; 下几种?白噪声?单频噪声余弦干扰?多频 ( ) 。噪声多余弦干扰绘出叠加噪声后的语音信号时 2 图 加高斯白噪声后的语音信号 。域和频谱图 ( 4) 。数字滤波器设计及滤波给定滤波器的性 ，IIR 。5 能指标完成 的各型滤波器本系统共设计了 ，: 个滤波 器分 别 是脉冲响应不变法设计的低通 Butterworth 、数字滤波器双线性变换法设计的低通 Butterworth 、、数字滤波器带通数字滤波器带阻数字 。滤波器和高通数字滤波器将滤波器对叠加噪声后 ，， 的语音信号进行滤波处理绘出滤波器的频域响应 。绘出滤波后信号的时域波形和频谱 ( 5) 。回放语音信号对滤波后的语音信号进行 ，。回放比较滤波前后语音信号的变化 4 结果与讨论 ( 1)，1 :4 首先对语音信号进行分析图 是在 3 图 加单频噪声后的语音信号 Matlab 的平台下分析语音信号的时 域 波 形 和 频 。谱图 4 图 加多频噪声后的语音信号1 图 原始语音信号 63 ( 2)Butterworth 用脉冲响应不变法设计一个 低 ，5 , 通数字滤波器图 示出了滤波器的振幅 频率特性 , 。和相位 频率特性将加入了单频余弦噪声的语音 ，。6 信号通过低通数字滤波器进行滤波如图 频率为 5 000 Hz ，的单频余弦噪声被滤波器滤掉滤波器的滤 。波性能可行 Butterworth 7 图 低通数字滤波器 ( )双线性变换法 5 Butterworth 图 低通数字滤波器 ( )脉冲响应不变法 8 图 低通滤多频噪声后的波形图 ( 4) Chebyshev I 用完全设计法设计一个带通 型 ，9 , 数字滤波器图 示出了滤波器的振幅 频率特性和 , 。相位 频率特性因为高斯白噪声是一种随机的噪 ，，，声不能被全部滤除所以在时域波形上有失真但是 10 ，，如图 所示除了通带内的频域部分其他频谱范围 6 图 低通滤单频噪声后的波形图，，内的噪声都被滤掉了所以对于高斯白噪声带通滤 。波器是最好的选择 ( 3)Butterworth 用双线性变换法设计一个 低通数 ( 5)Chebyshev I ，7 , 型用完全设计法设计一个带阻 字滤波器图 示出了滤波器的振幅 频率特性和相 , 。位 频率特性将加入了多频余弦噪声的语音信号通 ，11 , 数字滤波器图 示出了是滤波器的振幅 频率特 。Hz 8 3 000 过低通数字滤波器进行滤波如图 频率为 , 。性和相位 频率特性将加入了单频余弦信号的语 4 000 Hz 和 的多频余弦噪声在通过滤波器后基本被滤 ，。12 音信号通过带阻数字滤波器进行滤波如图 频 ，，。除在时域波形上观察基本上与原始信号的波形相同 5 000 Hz ，率为的单频余弦噪声被滤波器滤掉在时域 64 。上也与原始信号基本一致 ChebysheIv 9 图 带通 型数字滤波器 12 图 带阻滤单频噪声后的波形图 ( 6)Butterworth 用完全设计法设计一个 高通数 ，13 , 字滤波器图 示出了滤波器的振幅 频率特性和 , 。相位 频率特性将加入了多频余弦信号的语音信 。14 号通过高通数字滤波器进行滤波如图 频率为 3 000 Hz 4 000 Hz ， 和 的多频余弦噪声被滤波器滤掉 。但是仍然有一些高频成分在 10 图 带通滤高斯白噪声后的波形图 13 Butterworth 图 高通数字滤波器 : Butterworth 、结合以上分析得出低通数字滤波器带 Chebyshev I 阻 型数字滤波器在滤除单频噪声上效果很 ，; ，好达到最优设计而在滤除多频噪声时双线性变换法 Butterworth ，设计的 低通数字滤波器能达到最优性能而 ChebysheIv 11 图 带阻 型数字滤波器( 72 )下转第 页 65 : ，，交通信号灯智能控制系统根据交通流量自动所遇到的问 题但 其 在 实现中面临一定的困难 ，，、， 控制信号灯变换通过相应的算法对交通信号灯实 道 路 等 基础设施进行相关改造如需要对车 辆 。，。 ， 现智能控制 工作量大需要大量的资金投入等问题同 时 对系统中数 据 管 理 的安全保密性也需进一步的 : 智能道路管理系统由三个部分组成第一部 。研究 ， 分是安装在公共汽车以及出租车上的电子仪器 ，主要功能是采集车辆的运行信息然后通过无线 参考文献; 网络传输到交通控制中心系统的第二个部分设 ,1, , ,D,, 杜鹏智能交通系统简单场景下通信性能的研究北 ，在交通控制中心它可以接收到公共汽车以及出 : ，2010,京北京邮电大学 ,2, , ,D,, 罗俊仪中国智能交通产业化基地发展模式研究哈 ，、 租车上的电子仪器发出 的 信 息然 后 通 过 统 计 : ，2004,尔滨哈尔滨工程大学 ，，计算处理计算各个路段 车辆行驶所需时间反 ,3, ，，，, 黄素平江丽何巧等基于能量的传感器网络目标定位 。 馈到电子地 图 中第三个部分为智能交通信号 ,J,, ，2009，33( 9) : 58 , 60,方法电声技术 ，， 灯交通控制中心在得到 各个路段实时信息后,4, , ,D,,黄家盛基于微波的交通信息采集系统设计与实现 : ，2010,，西安电子科技大学 通过人工智能自动根据交通流量对交通信号灯 ,5, ，, 高玉荣谢振东智能交通产业化发展的政策支持研究 。进行控制 ,J,, ，2010( 1) : 36 , 38,科技管理研究 ,6, ，, ,J,,杨立波刘小明中外智能交通系统发展模式比较 4 结束语，2004( 11) : 64 , 68,综合运输 基于物联 网的智能交通系统是未来交通系 ，统的发展方向可以有效地解决车 辆 运 行过程中 ,,,,2012, 05, 23责任编辑史丽丽收稿日期 ( 65 )上接第 页 ，用在语音信号的处理中可有效地解决语音信号去噪 。。 ，的问题通过本文的分析确定了最优的滤波方式 ，而且根据应用场合的不同和噪声的频率特性可以灵 ，活地改变滤波器频率参数满足对各种类型噪声的 。滤除 参考文献 ,1, , ,M,, : 朱虹语音与图像的数字信号处理北京科学出版 ，2001,社 ,2, ，，, ADPCM 宋毅郡朱艳萍宋耀良基于分数阶滤波器的 预 ,J,, ，2010，34( 5) : 52 , 55,测误差信号处理电声技术 ,3, , ,M,, : ，2003,赵力语音信号处理北京机械工业出版社 ,4, ，, ,J,, 梁晓辉周权语音信号处理方法的可靠性研究电声 ，2010，34( 4) : 58 , 62,技术 14 图 高通滤多频噪声后的波形图 ,5, , ,J,, ，王淑娇数字滤波器的设计与参数的选择科技资讯 2011，35( 12) : 32 , 33, ,6, ，, FIR DSP MATLAB 鞠苏明陈文华滤波器的 设计与 算法 Butterworth ; 高通数字滤波器效果相对较差高斯白噪,J,, ，2005，4( 4) : 15 , 20,实现通信与广播电视 ，，声是一种随机的噪声不能被全部滤除但是用带通 ,7, ，, ,M,, : 丁玉美高西全数字信号处理西安西安电子科技 Chebyshev I ，型数字滤波器来处理保留有效的语音 ，2008,大学出版社 ，，频段滤除其他的噪声频段可以使语音效果达到 作者简介 。最优 ，，付大丽硕 士 研 究 生主 要研究方向为电子系统与通信 ;网络 ，，。党幼云教授主要研究方向为电气系统与电机传动 5 结束语 IIR ，本文完成了各种类型的 数字滤波器的设计 ,,,,2012, 03, 13责任编辑闫雯雯收稿日期 72