matlab语音仿真房间,基于MATLAB的语音信号的仿真分析

摘 要：语音信号处理是一门新兴的涉及面很广的交叉学科，是许多信息领域应用的核心技术之一。本文简要介绍了语音信号的采集与处理过程，并利用MATLAB对语音信号进行时域和频域分析，并对语音进行处理。

关键字：语音信号；滤波；MATLAB

中图分类号：TN912.35 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2013.06.025

0 引言

人类已进入了信息化时代，用现代手段研究语音信号，使人们能更加有效地产生、传输、存储、获取和应用语音信息，这对于促进社会的发展具有十分重要的意义。作为高科技应用领域的研究热点，语音信号的采集和分析从理论的研究到产品的开发已经取得了长足的进步。语音信号的采集与分析之所以能够被不断地进行研究和探讨，除了它的实用性之外，另一个重要的原因是，它始终与当时信息科学中最活跃的前沿学科保持密切联系，并且一起发展。对语音信号的采集与分析的研究一直是数字信号处理技术发展的重要推动力量。因为许多处理的新方法的提出，首先是在语音信号处理中获得成功，然后再推广到其他领域。

1 语音信号的仿真原理

利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，利用MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。语音信号的“短时谱”对于非平稳信号，它是非周期的，频谱随时间连续变化，因此由傅里叶变换得到的频谱无法获其在各个时刻的频谱特性。如果利用加窗的方法从语音流中取出其中一个片断，再进行傅里叶变换，就可以得到该语音的短时谱。MATLAB可以有效地实现滤波器的设计、分析和仿真，极大地减轻了工作量，有利于滤波器设计的最优化。利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，模仿语音信号被污染，并对其进行频谱分析，设计一滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，对滤波前后信号进行时域分析。

2语音信号的仿真实现

2.1语音信号的采集

基于声卡进行数字信号的采集，图1为所采集的原始语音信号的时域图形。在MATLAB软件平台下可以利用函数wavread对语音信号进行采样，得到了相应的声音数据变量。

从图1可以看出，在时域环境下，信号呈现出不规则的信号峰值。通过freqz函数给出原始语音信号的频率响应，如图2所示。

然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱图，如图3所示。

2.2语音信号加噪及频谱分析

在MATLAB中人为设计一个随机噪声，在MATAB中利用randn函数可以产生一个随机序列。但是随机序列的频谱与声音信号的频谱混叠在一起后，不容易分辨。因此，本文设计一个固定频率的正弦信号做为干扰信号。此正弦信号的频率为5000Hz。如图4所示，加了噪声之后的语音信号频谱图形。

2.3设计低通滤波器

在MATLAB中，设计滤波器的方法和函数较多，本文中是采用butterworth设计FIR低通滤波器，然后采用双线性变换法设计成数字低通滤波器。滤波器的频率响应如图5所示。

2.4用滤波器对加噪信号进行滤波

将此语音信号经过低通滤波器，从图6和图7可以看出，语音信号与开始的一样，滤波器成功的滤除了干扰信号。

3 结束语

通过用低通滤波器对原始信号进行滤波，对滤波前后的波形分析对比可知，总体可以恢复原始信号波形。滤波后的输出波形明显在对应时间幅度比原语音加噪声信号的要小，而且滤波的效果也与滤波器的选择有关，可以看出滤波器的性能差异以及参数的调节会对滤波器产生一定的影响，并且通过加入可以发现滤波前后的声音有变化。但经过低通滤波器后，已很接近原来的声音，人耳几乎辨别不出。

参考文献

[1]周渊，何英. 基于MATLAB的噪声信号采集和分析系统的设计[J]. 噪声控制，2004.

[2]徐靖涛，王金根. 基于MATLAB的语音信号分析和处理[J]. 重庆科技学院学报，2008.

[3]张登奇，杨慧银. 信号的频谱分析及MATLAB实现[J]. 湖南理工学院学院，2010.