Matlab【信号处理】语音处理与滤波技术(附源码)


1 简介

本次MATLAB设计语音信号的处理与滤波系统的GUI界面。语音信号的处理与滤波系统主要功能:录制一段自己的语音信号,并对录制的信号进行采样;画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;给定滤波器的性能指标,采用窗函数法和双线性变换法设计滤波器,并画出滤波器的频率响应;然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化;回放语音信号;换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容,分析两段内容相同的语音信号频谱之间有什么特点;再录制一段同样长时间的背景噪声叠加到你的语音信号中,分析叠加前后信号频谱的变化,设计一个合适的滤波器,能够把该噪声滤除。

1.1 GUI界面设计

GUI界面设计所用的控件主要是可编辑文本框、静态文本框、pushbutton按钮,radiobutton单选框、坐标区。

本次设计的语音信号的处理与滤波系统GUI界面如下:

Matlab【信号处理】语音信号处理与滤波含Matlab源码_2d

1.2 系统录音

这里我写死了录音功能,点击系统录音按钮将会默认录音4秒。大家可以修改修改,增加暂停、继续等功能。

1.3 语音播放

点击语音播放按钮,将会在相应的坐标区生成相应的图像,包括原始语音信号波形图和原始语音信号频谱图,并且播放刚刚的录音文件。这里有几个点要说一下:一是我为什么不用传参来处理,因为参数是在上一次执行的函数那里生成,也就是说我执行这一步就先要执行上一步,否则系统运行就会报错,我觉得有时候这样操作有点多余,所以没有用传参处理。不过必不可少的时候还是要传参的。二是x轴标题和y轴标题问题,在有多个坐标区的时候必须要指定坐标区,否则会无法显示或者只显示到最后一个坐标区。而且xlabel函数和ylabel函数要写在plot函数下面,否则无法正常显示出x轴标题和y轴标题。


1.4 语音滤波

先获取输入参数,再判断要设计什么滤波器。下面代码是矩形窗设计低通滤波器的。

1.5 语音回放

用audioread函数读取到路径中的音频文件,再用sound函数播放就行。

1.6 加噪处理

y是原声,z是加噪之后的声音,下面代码是加噪并求出加噪之后的频谱图,播放加噪后的音频。通过对比发现,信噪比snr = 10时加噪之后的频谱图效果明显,且音噪和原声也清晰。

1.7 滤噪处理

主要用凯泽窗滤波来进行滤噪处理,这就需要传参了,把我们语音滤波那步设计的凯泽窗窗函数传下来就行,避免重新设计凯泽窗窗函数。


2 部分代码

function varargout = untitled(varargin)

% UNTITLED MATLAB code for untitled.fig

%      UNTITLED, by itself, creates a new UNTITLED or raises the existing

%      singleton*.

%

%      H = UNTITLED returns the handle to a new UNTITLED or the handle to

%      the existing singleton*.

%

%      UNTITLED('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local

%      function named CALLBACK in UNTITLED.M with the given input arguments.

%

%      UNTITLED('Property','Value',...) creates a new UNTITLED or raises the

%      existing singleton*.  Starting from the left, property value pairs are

%      applied to the GUI before untitled_OpeningFcn gets called.  An

%      unrecognized property name or invalid value makes property application

%      stop.  All inputs are passed to untitled_OpeningFcn via varargin.

%

%      *See GUI Options on GUIDE's Tools menu.  Choose "GUI allows only one

%      instance to run (singleton)".

%

% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES


% Edit the above text to modify the response to help untitled


% Last Modified by GUIDE v2.5 16-Aug-2021 15:45:41


% Begin initialization code - DO NOT EDIT

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name',       mfilename, ...

                  'gui_Singleton',  gui_Singleton, ...

                  'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, ...

                  'gui_OutputFcn',  @untitled_OutputFcn, ...

                  'gui_LayoutFcn',  [] , ...

                  'gui_Callback',   []);

if nargin && ischar(varargin{1})

   gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end


if nargout

   [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

   gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

% End initialization code - DO NOT EDIT


% --- Executes just before untitled is made visible.

function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

% This function has no output args, see OutputFcn.

% hObject    handle to figure

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin   command line arguments to untitled (see VARARGIN)


% Choose default command line output for untitled

handles.output = hObject;


% Update handles structure

guidata(hObject, handles);


% UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME)

% uiwait(handles.figure1);


% --- Outputs from this function are returned to the command line.

function varargout = untitled_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

% varargout  cell array for returning output args (see VARARGOUT);

% hObject    handle to figure

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)


% Get default command line output from handles structure

varargout{1} = handles.output;


% 系统录音

function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)

   set(handles.pushbutton1,'BackgroundColor',[0.545,0.753,0.988]);

   set(handles.pushbutton2,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton3,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton4,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton5,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton6,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton7,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton8,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   fs = 8000;           % 采样频率

   duration = 4;        % 时间长度(秒)

   % 创建一个录音文件:fs =8000Hz, 16-bit, 单通道

   voice = audiorecorder(fs, 16, 1);  

   recordblocking(voice, duration);   % 录音2秒钟

   stop(voice);

   y = getaudiodata(voice);

   ymax = max(abs(y));  % 归一化

   y = y/ymax;

   audiowrite('系统录音.wav',y,fs); % 存储录音文件


% 语音播放

function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)

   set(handles.pushbutton2,'BackgroundColor',[0.545,0.753,0.988]);

   set(handles.pushbutton1,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton3,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton4,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton5,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton6,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton7,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton8,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   fs = 8000;           % 采样频率

   duration = 4;        % 时间长度(秒)

   n = duration*fs;     % 采样点数

   t = (1:n)/fs;

   y = audioread('系统录音.wav');  %读取音频100到10000部分

   plot(handles.axes1,t,y);                          % 画出声音的时域波形图

   xlabel(handles.axes1,'时间/s');                   % x轴标题

   ylabel(handles.axes1,'相对信号强度');                     % y轴标题

   L = length(y);

   X=fft(y,L);

   A = fftshift(X);

   A=abs(A);

   ws = 2* pi* fs;

   w1 = (-ws/2 + (0:L-1) * ws/L)/(2 * pi);

   plot(handles.axes2,w1, abs(A));

   xlabel(handles.axes2,'频率/Hz');

   ylabel(handles.axes2,'幅度');

   clear sound

   sound(y);


% 语音滤波

function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)

   set(handles.pushbutton3,'BackgroundColor',[0.545,0.753,0.988]);

   set(handles.pushbutton2,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton1,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton4,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton5,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton6,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton7,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   set(handles.pushbutton8,'BackgroundColor',[0.651,0.651,0.651]);

   fs = 8000;           % 采样频率

   duration = 4;        % 时间长度(秒)

   n = duration*fs;     % 采样点数

   t = (1:n)/fs;

   y = audioread('系统录音.wav');

   L = length(y);

   ws = 2* pi* fs;

   w1 = (-ws/2 + (0:L-1) * ws/L)/(2 * pi);

   fs1 = str2double(get(handles.edit1,'String'));  %阻带下边界

   fsu = str2double(get(handles.edit3,'String'));  %阻带上边界

   fpl = str2double(get(handles.edit2,'String'));  %通带下边界

   fpu = str2double(get(handles.edit4,'String'));  %通带上边界

   As = str2double(get(handles.edit5,'String'));  %阻带最小衰减

   Fs = str2double(get(handles.edit6,'String'));  %抽样频率

   if ( fs1 > 100 || fsu > 100 || fpl > 100 || fpu > 100 || Fs > 100 )

       %msgbox('单位:kHz,请重新输入','注意');

       ha=msgbox('默认单位:kHz,请重新输入 0 ~ 100','注意');

       % 设置显示字体大小和粗细

       hb = findobj(ha, 'Type', 'text');

       set(hb, 'FontSize', 16, 'FontUnit', 'normal','FontWeight','Bold');

       % 设置字体居中

       th = findall(0, 'Tag','MessageBox' );

       boxPosition = get(ha,'position');

       textPosition = get(th, 'position');

       set(th, 'position', [boxPosition(3).*1 textPosition(2) textPosition(3)]);

       set(th, 'HorizontalAlignment', 'center');

       set(ha,'position',[400 400 300 50]);% 使用这个语句可以修改msgbox的位置和大小

       return;

   end

   if ( As > 80 )

       %msgbox('As的范围为 0 ~ 80 ,请重新输入','注意');

       ha=msgbox('As的范围为 0 ~ 80 ,请重新输入','注意');

       % 设置显示字体大小和粗细

       hb = findobj(ha, 'Type', 'text');

       set(hb, 'FontSize', 16, 'FontUnit', 'normal','FontWeight','Bold');

       % 设置字体居中

       th = findall(0, 'Tag','MessageBox' );

       boxPosition = get(ha,'position');

       textPosition = get(th, 'position');

       set(th, 'position', [boxPosition(3).*1 textPosition(2) textPosition(3)]);

       set(th, 'HorizontalAlignment', 'center');

       set(ha,'position',[400 400 300 50]);% 使用这个语句可以修改msgbox的位置和大小

       return;

   end

3 仿真结果

Matlab【信号处理】语音信号处理与滤波含Matlab源码_gui界面_02


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