前言
学习数字信号处理课程的课程实验
使用MATLAB实验平台,对一段语音信号进行处理,滤除其中的噪声,下面是完整的实验过程。
一、实验项目
语音信号的数字滤波
二、实验目的
1.掌握使用 FFT 进行信号谱分析的方法
2.设计数字滤波器对指定的语音信号进行滤波处理
三、实验平台
MATLAB R2019b
四、实验内容
1.分析信号
1.首先使用 MATLAB 的 audioread(FILENAME)函数读取音频信号,其输入输出如下列函数文档;
audioread Read audio files [Y, FS]=audioread(FILENAME) reads an audio file specified by the character vector or string scalar FILENAME, returning the sampled data in Y and the sample rate FS, in Hertz
2.调用自己编写的 plot_function()函数,画出它的时域波形与经过 FFT 变换后的频域波形进行观察
(已对坐标进行处理,使之对应真实的物理含义);
3.观察时域波形,可见在约8秒后,出现了强烈的干扰信号,如图1中的红框所示;
观察频域波形,可见干扰信号为强烈的余弦脉冲信号,如图2中的红框所示;
2.信号处理
代码如下(示例):
1.使用切比雪夫I型滤波器滤波:
· 调用自己编写的Chebyshev_bandstop_filter(x,fplowow,fphighigh,fplow,
fphigh,rp,rs,Fs)函数(具体见后面的代码详解),对信号进行3次带阻滤波,效果如下:
(1)第一次滤波:
(2)第二次滤波
(3)第三次滤波
2.观察此时频域与时域波形(如图6所示)可知还存在较大的直流分量:
可通过一个高通滤波器去除直流,但在这里尝试新方法,直接在信号时域中减去直流分量:
%时域操作去除直流 for i = 86080:length(audio_data_new) audio_data_new(i)=audio_data_new(i)-0.1295; end
操作后时域波形如图7所示:
观察此时时域波形(如图7所示),可知还存在两个“爆破音”,直接通过时域填0的方法去除:
操作后最终的时域与频域波形分别如图8和图9所示:
3.观察此时的时域波形频率波形可知,我们处理的效果很好,去除噪音的同时,对原始语言信号的影响也很小,达到了预期效果。
最后使用audiowrite(‘SunshineSquare_New.wav’,audio_data_new,fs),生成处理后的音频文件。
聆听可知噪音被去除,且原始人声十分清晰。
实验结果分析
观察原始信号时域和频域波形,可知噪声是在信号一段时间内加入的直流分量和三个余弦信号,我们分别通过3次带阻滤波器滤除余弦信号,再通过时域操作去除直流分量,最后通过时域置“0”去除剩余的“爆破音”。 通过观察波形与聆听验证,可知我们去除噪音的同时,对原始语言信号的影响也很小,达到了预期效果,效果不错。