MATLAB課程設(shè)計(jì)

1、課題名稱 姓 名 學(xué) 號(hào) 院、系、部 專 業(yè) 指導(dǎo)教師MATLAB課程設(shè)計(jì)報(bào)告書基于MATLAB勺語音信號(hào)采集與處理胡敬3120504005電氣信息工程學(xué)院電子信息科學(xué)與技術(shù) 1201許波2014年7月3日語音信號(hào)的采集與處理一、實(shí)踐的目的和要求本次課程設(shè)計(jì)的課題為基于MATLAB的語音信號(hào)采集與處理，學(xué)會(huì)運(yùn)用MATLAB的信號(hào)處理功能，采集語音信號(hào)，并對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行濾波及變換處理，觀察其時(shí)域和頻域特性， 加深對(duì)信號(hào)處理理論的理解，并為今后熟練使用MATLAB進(jìn)行系統(tǒng)的分析仿真和設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。此次實(shí)習(xí)課程主要是為了進(jìn)一步熟悉對(duì)matlab軟件的使用，以及學(xué)會(huì)利用 matlab對(duì)聲音信號(hào)這種實(shí)際

2、問題進(jìn)行處理，將理論應(yīng)用于實(shí)際，加深對(duì)它的理解。二、實(shí)踐原理：理論原理：利用MATLAB對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析和處理，采集語音信號(hào)后，利用MATLAB軟件平臺(tái)進(jìn)行頻譜分析；并對(duì)所采集的語音信號(hào)加入干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)合適的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號(hào)。語音信號(hào)的“短時(shí)譜”對(duì)于非平穩(wěn)信號(hào)，它是非周期的，頻譜隨時(shí)間連續(xù)變化，因此由傅里葉變換得到的頻譜無法獲知其在各個(gè)時(shí)刻的頻譜特 性。如果利用加窗的方法從語音流中取出其中一個(gè)短斷，再進(jìn)行傅里葉變換,就可以得到該語音的短時(shí)譜。課題要求：課題要求：1、語音信號(hào)的采集利用 Windows下的錄音機(jī)，錄制一段自己的話音，時(shí)間在 5s左右，然

3、后在 Matlab軟件 平臺(tái)下，利用函數(shù) wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。(1 )請(qǐng)每位同學(xué)都參與錄音。分析鴿子語音信號(hào)時(shí)域信號(hào)的不同點(diǎn)。(2 )請(qǐng)錄制兩段音樂信號(hào)，期中一段為簡(jiǎn)單音樂信號(hào)，一段為和弦音樂信號(hào)。比較時(shí)域波形的不同。2、語音信號(hào)的頻譜分析在Matlab中，可以利用函數(shù) fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換，得到信號(hào)的頻譜特性，要求學(xué)生首先畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形，然后對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。程序：fs=441OO;x,fs,Nbits =wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW);t=O:1/441OO:

4、(le ngth(x)-1)/441OO;soun d(x,fs);%對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行回放figure(1)plot(t,x)%做原始語音信號(hào)的時(shí)域圖形title('原始語音信號(hào)');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');n=len gth(x);%求出語音信號(hào)的長(zhǎng)度y1=fft(x, n);%傅里葉變換w=1/ n*0: n-1*fsfigure(2)plot(w,abs(y1)%做原始語音信號(hào)的 FFT頻譜圖title（'原始語音信號(hào)FFT頻譜'）頻譜分析對(duì)比： 簡(jiǎn)單音樂信號(hào)Figurv l

5、«=回 理® I adI Edie View trwwt Tods Desktop Winder He* pd U -i 打瓦'町取越應(yīng)疋書 Dl Eb n和弦音樂信號(hào):Q Fi* iu 回旦M impure-2男生:原繪語音iSF-TilSi fijjw 1.sFile Ecft 前 ewInsert Tools->nktap Window Hep已p釦h冥、3| QQ$11$225linnt n3 -ig2阿|訥口己u、i1400 -1«0 -U00 -liflo -11000 jmUqLmlHCns*Tt JhIe Qdskfaop Hfidc

6、in、.、"直證蟲、s cF3c EditInwH T。顯弓 曲叩 Wndow Help.a iQ igurt-2LIn =i$ur* iFU. E 曲 Viw lni|v TmI. CMnkgp WingM* Hfilp Sbdi 1 匕可暫詛口 口 Q 伸給語甘伯號(hào)«.a-.-'00占11S22.5lime n囲-i gur« 1file Edit Wew Inwrl Tbc*s Desktop Window Help q_da 凰 q02040.5 D.E 11.21 i 1.&1 0ttfTlig ft女生:-、黔®靱屈忌 0 Q

7、 F if ure 2頭| Etft 業(yè)T" 問屮 I<K*kReskton Jflifrdow Help JHtlAlVO ®Md X- Q 口冒fl :igjre 2£le Edit: Jitw Instri lads QiesktDp Undcw H 亡 IpUcJd山k *、-、野営段朮、目.口£3 口IJfeSWflFFTSiilx W4File Ecft View Insert Tools- Desktop Windowlik- Edit Vie«- fwert Too It Desktop 喩Mew Hdpa* A -雖 口

8、聖1 Q3、理解傅立葉變換的性質(zhì)匝帕語咅信號(hào)FFTfc-S（1）對(duì)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的尺度變換，抽取與插值，觀察期品與眾頻譜的變化，回放語音信 號(hào)，體會(huì)時(shí)域語音信號(hào)變化（實(shí)現(xiàn)慢錄快放和快錄慢放功能）。在Matlab中，函數(shù)sou nd可以對(duì)聲音進(jìn)行回放。其調(diào)用格式：sou nd（x,fs,bi ts）;可以感覺濾波前后的聲音變化。程序：x,fs,Nbits =wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=O:1/fs:(le ngth(x)-1)/fs;a=1sou nd(x,a*fs) ;%對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行回放pause(3)a=2

9、sound(x,a*fs) ; %對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行快發(fā)pause(3)a=0.5sound（x,a*fs） ; %對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行慢放（2）信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)（負(fù)責(zé)板塊）語音信號(hào)與高頻正弦載波相調(diào)制，比較其頻譜變化，回放信號(hào)，比較是與眾語音信號(hào)變化。將調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，回放信號(hào)，比較時(shí)域中語音信號(hào)變化。 本次課程設(shè)計(jì)我主要負(fù)責(zé)的是對(duì)載波信號(hào)的調(diào)制解調(diào)部分。1、所謂調(diào)制，就是在傳送信號(hào)的一方將所要傳送的信號(hào)附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號(hào)的運(yùn)載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅， 直至隨調(diào)制信號(hào)做線性變化。 在線性調(diào)制系列中， 最

10、先應(yīng)用的一種幅 度調(diào)制是全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡(jiǎn)稱為調(diào)幅（AM ）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。設(shè)正弦載波為：c（t）=Acos（ w0t0）式中，A為載波幅度；Wo為載波角頻率；：o為載波初始相位（假設(shè)；：o =0）.調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）為 m（t）。根據(jù)調(diào)制的定義，振幅調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可以表示Sm(t)二 Am(t) cos(wot)設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)的頻譜為m(w)，則已調(diào)信號(hào)sm(t)的頻譜we為sm(w)A匚.sm(w)M (w w0)M (w -w0) 1：2標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波(AM )產(chǎn)生原理：調(diào)制信號(hào)是只來來自信源的

11、調(diào)制信號(hào)(基帶信號(hào))，這些信號(hào)可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號(hào)源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào) 幅波的載波，調(diào)制信號(hào)由低頻信號(hào)源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為cosw°t，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為m(t) = Am coswmt，則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為 sAM (t)二 Aq m(t) lcosw0t2、解調(diào)從高頻已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過程稱為解調(diào)(demodulation )，又稱為檢波(detection )。對(duì)于振幅調(diào)制信

12、號(hào)，解調(diào)(demodulation )就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的 過程。解調(diào)(demodulation )是調(diào)制的逆過程。可利用乘積型同步檢波器實(shí)現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)載波信號(hào)相乘并通過 低通濾波可獲得解調(diào)信號(hào)。程序：clear;dt=1/441OO;fs=441OO;f1,fs, nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW);figure(1);subplot(2,1,1);N=le ngth(f1);t=0:1/fs:(N-1)/fs;plot(t,f1);title('信息信號(hào)的時(shí)域波形)；f

13、y仁 fft(f1);w1= 0:fs/(N-1):fs;subplot(2,1,2);plot(w1,abs(fy1);title('信息信號(hào)的頻譜');f2=cos(22000*pi*t);figure(2);subplot(2,1,1);fy2 = fft(f2);N2=le ngth(f2);w2=fs/N*0:N-1;plot(w2,abs(abs(fy2);title('載波信號(hào)的頻譜');f1=f1(:,1);f3=f1'.*f2; subplot(2,1,2);fy3 = fft(f3);plot(w1,abs(abs(fy3);titl

14、e('已調(diào)信號(hào)的頻譜'); soun d(f3 ,fs,n bits);f4=f3.*f2;figure(3); subplot(1,1,1);fy4=fft(f4);plot(w1,abs(abs(fy4);title('解調(diào)信號(hào)頻譜'); soun d(f4 ,fs,n bits);fp仁0;fs1=5000;As 仁 100;wp1=2*pi*fp1/fs; ws1=2*pi*fs1/fs;BF1=ws1-wp1; wc1=(wp1+ws1)/2;M仁 ceil(As1-7.95)/(2.286*BF1)+1; N1=M1+1;beta 仁0.1102*(

15、As1-8.7);Win dow=(kaiser(N1,beta1); b1=fir1(M1,wc1/pi,Wi ndow); figure(4);freqz(b1,1,512);title('FIR低通濾波器的頻率響應(yīng)'); f4_low = filter(b1,1, f4);plot(t,f4_low);title('濾波后的解調(diào)信號(hào)時(shí)域波形');soun d(f4_low,fs ,n bits); f5=fft(f4_low);figure(5);subplot(1,1,1);plot(w1,abs(f5);title('濾波后的解調(diào)信號(hào)頻譜

16、9;)|Furv4Pe £dit yiew Insert Tools Cwtaop Wndow Hdp u d a 、> t ® . x - a o y - a04f沁后的解耐號(hào)時(shí)域漩4、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器和畫出其頻率響應(yīng)給出各濾波器的性能指標(biāo)低通濾波器的性能指標(biāo)：fb=1000H z,fc=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB.程序 fs=48000;x,fs,Nbits =wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/48000:(le ngth(x)-1)/48000;soun d(x,f

17、s);%對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行回放figure(1)plot(t/2,x)%做原始語音信號(hào)的時(shí)域圖形title('原始語音信號(hào)');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');n=len gth(x);%求出語音信號(hào)的長(zhǎng)度y1=fft(x, n);%傅里葉變換w=1/ n*0: n-1*fsfigure(2)plot(abs(y1)%做原始語音信號(hào)的 FFT頻譜圖title('原始語音信號(hào)FFT頻譜')x1,Fs,bits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopm

18、atlabRFS');derta_Fs = Fs/length(x1);%設(shè)置頻譜的間隔，分辨率，這里保證了 x軸的點(diǎn)數(shù)必須和y軸點(diǎn) fs=Fs;fp仁 1000;fs1=1200;As仁 100;wp1=2*pi*fp1/fs;ws1=2*pi*fs1/fs;BF1=ws1-wp1;wc1=(wp1+ws1)/2;M仁ceil(As1-7.95)/(2.286*BF1)+1;%按凱澤窗計(jì)算濾波器階數(shù)N1=M1 + 1;beta 仁0.1102*(As1-8.7);Window=(kaiser(N1,beta1); % 求凱澤窗窗函數(shù)b1=fir1(M1,wc1/pi,Window);

19、% wc1/pi 為歸一化，窗函數(shù)法設(shè)計(jì)函數(shù) figure(3);freqz(b1,1,512); %H,w=freqz(B,A,N),(1)中B和A分別為離散系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)分子、分母多 項(xiàng)式的系數(shù)向量，返回量H則包含了離散系統(tǒng)頻響在0pi范圍內(nèi)N個(gè)頻率等分點(diǎn)的值(其中N為正整數(shù))，w則包含了范圍內(nèi)N個(gè)頻率等分點(diǎn)。調(diào)用默認(rèn)的N時(shí)，其值是512。title('FIR低通濾波器的頻率響應(yīng)');x1ow = filter(b1,1, x1);% 對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，丫 = filter(B,A,X)，輸入X為濾波前序列，Y為濾波結(jié)果序列，B/A提供濾波器系數(shù)，B為分子，A為分母sou

20、n d(x1_low,Fs,bits);figure(4);subplot(2,1,1); plot(x1_low);title('信號(hào)經(jīng)過FIR低通濾波器(時(shí)域)');subplot(2,1,2); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_low);title('信號(hào)經(jīng)過FIR低通濾波器(頻域)');:5、用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形及頻 譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)的變化。Vrindow Help 厲唱旦FlFt低

21、箱遙遞狂的顎率響應(yīng)H2 D3 札4 H 506 <i.T 4B 091Narmakztd Frequency |xr Fadi'saFnplelAle Edrt 応刑 Inurt TatAt 口處如即 ETij kJ j陰 f沙總靱E ”fgpjrwlQD-B-lpj 口tflra-cdQ2 D3 D.405060.7 OB 091Narmabzd Frtquancw |:ci rad.>'idmpk|肯號(hào)經(jīng)ilF唧氐通濾液商:巾勒阿 £dic Ififtv nsert IemIs QiMktop 里 inde Helfj、IU6、提高部分要求1) 實(shí)現(xiàn)對(duì)

22、聲音信號(hào)放大和衰減功能程序：fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%對(duì)加載信號(hào)的語音信號(hào)進(jìn)行回放 a=1;wavplay(a*x,fs);fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%對(duì)加載信號(hào)的語音信號(hào)進(jìn)行回放 a=10;wavplay(a*x,fs);2) 實(shí)現(xiàn)

23、對(duì)錄音內(nèi)容倒放程序：fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%對(duì)加載的語音信號(hào)進(jìn)行回放 x=flipud(x)wavplay(x,fs);3) 實(shí)現(xiàn)混音音效效果程序：close allclear ally,fs=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW);%打開音頻文件(格式為wav的音頻文件)，所得y為采樣數(shù)據(jù)，fs為采樣率time=(1:length(y)/fs;%時(shí)

24、間軸的向量【(length(y)/fs即為音頻文件播放的時(shí)間長(zhǎng)度】subplot(3,1,1);plot(time, y);%畫出時(shí)間軸上的波形title(' SW 的聲音');%sou nd(y,fs)y6,fs6=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabYWX');%打開音頻文件(格式為wav的音頻文件)，所得y為采樣數(shù)據(jù)，fs為采樣率time6=(1:length(y6)/fs6; % 時(shí)間軸的向量【(length(y)/fs即為音頻文件播放的時(shí)間長(zhǎng)度】 subplot(3,1,2);plot(time6, y

25、6);% 畫出時(shí)間軸上的波形title(' YWX 的聲音');%sou nd(y6,fs6)%下面將兩個(gè)音頻疊加在一塊m, n=size(y);% 查看y的大小，【此處y是m行，n列的數(shù)據(jù)】m6,n6=size(y6);%查看y6的大小，【此處y6是m6行，n6列的數(shù)據(jù)】 z=zeros(max(m,m6)-min(m,m6),n);%生成0矩陣，用于加在時(shí)間較短的那么音頻的后面 if len gth(y)<le ngth(y6);y仁y;z;y8=y1+y6;soun d(y8,fs)else y1=y6;z;y8=y1+y;soun d(y8,fs)en d;%wa

26、vwrite(y8,fs,'111');% 保存合成的音頻信號(hào)，文件夾在matlab-bin4) 實(shí)現(xiàn)回音音效效果程序：x,fs,bits=wavread('C:UsersAdministratorDesktopmatlabYWX');%讀取語音信號(hào)?n1=0:2000;b=x(:,1);%產(chǎn)生單聲道信號(hào)?N=3;yy2=filter(1,1,zeros(1,80000/(N+1),0.7,b',zeros(1,40000);%IIR濾波器進(jìn)行濾波 ？figure(3)subplot(2,1,1);plot(yy2);%三次回聲濾波器時(shí)域波形？title('三次回聲濾波器時(shí)域波形');YY2=fft(yy2);%對(duì)三次回聲信號(hào)做FF