摘要：语音是人们之间交流最常用的方式。在科技和文化迅速发展的今天，世界正在逐步信息化，语音信号处理成为现代智能通信、多媒体技术、人工智能等新兴科研领域应用的核心技术，一般情况下语音信号处理需要兼顾高效性和实时性。DSP技术在科研的高需求的推动下快速发展，使得以DSP为内核的设备越来越多，语音信号的处理拥有了良好的平台，因此语音信息的产生、传输、存储和获取变得高效和便捷。人们对语音信号的质量提出了更高的要求，但是语音信号在采集和传输的过程中由于环境和信道的不理想，无法避免的会受到外界不同噪声的污染，因此，消除噪声的影响、改善语音质量、提高语音的清晰度就变得尤为必要。

语音增强的算法十分丰富，主要有：维纳滤波器降噪、LMS自适应滤波器降噪、谱减法降噪等。鉴于树莓派与常见的51单片机和STM32相比具有多种优势，能够支持上层应用的开发，以及运行相应的操作系统和完成复杂的任务管理与调度。本文设计并实现了一种基于树莓派的语音信号的采集、分析和降噪系统，可以远程连接终端，实现更加灵活的配置。系统主要包括硬件和软件两个部分。其中，系统硬件主要由树莓派和麦克风等构成，主要实现语音信号的采集功能；软件主要是音频分析和谱减法实现语音降噪，完成对采集的语音信号的频谱分析和降噪。

本系统的目的是对语音信号进行实时采集，并对采集的语音信号进行预处理和频谱分析，核心部分是完成带噪语音信号的降噪，将处理过的语音信号输入到语音情感分析系统。

关键词：语音信号；降噪；树莓派

目  录

摘  要

ABSTRACT

第一章  绪  论-1

1.1 课题背景及研究意义-1

1.2 国内外研究现状-1

1.3 研究内容及章节安排-2

1.3.1 研究内容-2

1.3.2 章节安排-3

第二章  语音信号及噪声-4

2.1 语音信号的特性-4

2.1.1 语音信号的产生-4

2.1.2 语音信号的特性-4

2.2 语音信号的预处理-4

2.2.1 语音信号的采集-4

2.2.2 语音信号的预加重-5

2.2.3 语音信号的加窗分帧-7

2.3 噪声特性-8

2.4 人耳的听觉感知特性-9

2.5 本章小结-9

第三章  基于谱减法的语音降噪处理算法-10

3.1 谱减法算法原理和实现步骤-10

3.2 谱减法的局限性-11

3.2.1 音乐噪声产生-11

3.2.2 语音能量的集中性-12

3.2.3 带噪信号相位的不准确性-12

3.3 谱减法的改进-12

3.4 本章小结-12

第四章  基于树莓派的语音信号的采集与分析的实现-13

4.1 硬件平台及操作系统-13

4.1.1 树莓派简介-13

4.1.2 操作系统的选择-13

4.1.3 系统的烧录-14

4.1.4 系统的连接-15

4.2 Python开发环境-15

4.3 语音采集和降噪系统的实现-16

4.3.1 语音信号的采集模块-16

4.3.2 语音信号的频谱分析-18

4.3.3 语音信号的降噪和输出模块-19

4.4 本章小结-20

第五章  总结与展望-21

参考文献-22

致  谢-24