MATLAB数字信号处理：语音降噪与FIR滤波器分析

"这篇文档是石家庄铁道大学通信工程专业2016届学生的数字信号处理课程设计报告，由学生谭鑫淼完成，指导教师马月红。报告中详细介绍了如何使用MATLAB进行音频处理，包括原始音频与加噪后音频的时域波形和频谱图对比，以及FIR和IIR滤波器的设计和应用，以去除噪声。" 在该课程设计中，学生首先明确了课程设计的目的，旨在强化数字信号处理的基础知识，熟悉MATLAB软件，掌握语音信号的采集、分析和处理，特别是滤波器设计和噪声降低的方法。设计报告的内容要求包括选取语音信号，进行采样和分析，模拟噪声污染，设计并应用FIR和IIR滤波器，以及比较滤波前后的效果。 在主要原理部分，报告提到了快速傅里叶变换（FFT）算法，这对于频谱分析至关重要。同时，FIR（Finite Impulse Response，有限冲击响应）和IIR（Infinite Impulse Response，无限冲击响应）滤波器设计原理也是核心内容。FIR滤波器因其线性相位特性常用于信号的精确平滑或消除特定频率成分，而IIR滤波器则因为其递归结构可以实现更复杂的频率响应，但可能引入非线性相位。 在具体实施步骤中，报告描述了如何使用MATLAB的`audioread`函数读取和分析音频数据。`audioread`函数可以获取音频文件的采样值、采样率和位深度。在对语音信号添加噪声后，通过设计和应用FIR滤波器（如图5.4所示的归一化参数）和IIR滤波器，对信号进行滤波处理，以恢复原始信号。滤波过程包括时域和频域的分析，如图5.5和5.6所示。 最后，通过对滤波前后的时域波形和频谱图比较，可以评估滤波效果，分析信号的变化。实验结果分析部分会详细讨论这些比较，并可能涉及滤波器性能的量化指标，如信噪比（SNR）的提升等。通过这种方式，学生不仅理论知识得到了实践，还提高了问题解决能力。 这份报告涵盖了数字信号处理的基础知识，提供了MATLAB音频处理的实际操作示例，对于理解音频信号的分析和处理，以及滤波器设计具有指导价值。