数字通信课程设计----音频信号分析及去噪.doc

课 程 设 计 报 告课程名称： 数字通信课程设计 设计名称： 音频信号的谱分析及去噪 姓 名： 学 号: 课 程 设 计 任 务 书学生班级： 通信0801 学生姓名： 学号： 设计名称： 音频信号的谱分析及去噪 起止日期： 2011.6.21-2011.7.3 指导教师： 胥 磊 设计要求：基本要求：l 录制一段音频（如歌曲，说话声等），采用matlab工具对此音频信号用fft作谱分析。l 录制一段加入噪声的音频（如在歌声中加入尖锐的口哨声或者其他噪声），采用matlab工具对此音频信号用fft作谱分析。l 选择合适的指标，设计fir数字滤波器，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除。扩展要求：l 将处理后的音频信号重新生成.wav文件，收听该音频，根据效果调整滤波器指标重新设计滤波器。课 程 设 计 学 生 日 志时间设计内容6月28日查阅资料，明确题目内涵6月29日录制音频，编写程序6月30日检查程序，再次确认设计正确与否。开始写报告 7月4日复习于答辩课 程 设 计 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五课 程 设 计 评 语 表指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日音频信号的谱分析及去噪一、 设计目的和意义1、录制音频，采用matlab工具对此信号做谱分析。2、录制一段加噪的信号，对加噪信号进行谱分析。3、选择合适的指标对加噪信号进行滤波。4、学会使用wavread、wavwrite等函数。二、 设计原理1、 对于录制的音频信号的读入可以使用函数wavread。由于音频信号是连续的，故绘图应用plot函数。使用函数fft可以得到音频信号的频谱图。2、 由于音频信号是连续且长度未知，故可以采用巴特沃斯滤波器。滤掉高频部分的噪音，剩下的就是原信号了。3、 将去噪后的信号写成wav格式的文件可以使用wavwrite函数。三、 详细设计步骤l 录制一段音频（如歌曲，说话声等），采用matlab工具对此音频信号用fft作谱分析。1、 录制一段音频信号并命名为fl.wav存放在课程设计1的文件夹中。2、 使用wavread函数读出此信号。3、 用函数fft进行傅里叶变换，得到频谱图。4、 绘制时域图和频域图。l 录制一段加入噪声的音频（如在歌声中加入尖锐的口哨声或者其他噪声），采用matlab工具对此音频信号用fft作谱分析。1、 重新录制1中的音频文件，录制时加入噪声信号。2、使用wavread函数读出此信号。3、用函数fft进行傅里叶变换，得到频谱图。4、绘制时域图和频域图。l 选择合适的指标，设计fir数字滤波器，将音频中加入的噪声信号减弱或滤除。扩展要求：1、 根据2得到的频谱图，选择合适的通带截止频率和阻带截止频率。根据上述指标设计出合适的滤波器，将信号通过滤波器，得到去噪后的信号。滤波函数可用fftfilt。l 将处理后的音频信号重新生成.wav文件，收听该音频，根据效果调整滤波器指标重新设计滤波器。1、 使用wavwrite函数将去噪后的函数重新生成wav格式的音频文件。2、 播放音频文件，根据效果修改滤波器中的参数，直到得到与原信号几乎相同的音频文件。设计程序见附件。附程序：附件%得到无噪声的原始信号和有噪声的加噪信号 clc clear for n = 1 : 999% a(n) = sin(0.5906*n)+sin(1.0245*n)a(n)=sin(0.5906*n); %无噪声信号 b(n)=sin(1.0245*n); end; a=a/2; sound(a); b=conv(a,b/2); %加噪 sound(b); wavwrite(a,a.wav); %写文件 wavwrite(b,b.wav);%没有噪声的音频信号fft分析clcy,fs,nbit=wavread(a.wav); %读信号sound(y);y=fft(y); %傅里叶变换hg=abs(y);figure(1);subplot(2,1,1);plot(hg); %绘图xlabel(k);ylabel(|x(k)|);title(无噪声谱分析);% axis(0 1000 0 400);subplot(2,1,2);plot(y);xlabel(t);ylabel(y);title(原信号);%有噪声的音频信号做fft分析clcx,fs,nbit=wavread(b.wav); %读信号sound(x);x=fft(x); %傅里叶变换hg2=abs(x); %幅频响应figure(2);subplot(2,1,1);plot(hg2); %绘频域图xlabel(k);ylabel(|x(k)|);title(有噪声谱分析);subplot(2,1,2);plot(x); %绘时域图xlabel(t);ylabel(y);title(有噪信号); %子函数用凯泽窗设计的低通滤波器function h=ditong(rs,wp,wst) dert_w=wst-wp;n=ceil(10*pi/dert_w)+1);beta=0.5842*(rs-21)0.4+0.07886*(rs-21);hd=ideal(wst-wp)/2,n); b=kaiser(n,beta); h=hd.*(b); %加窗后h,m=freqz(h,1,1024,whole); %获取频率响应mag=abs(h); %幅值db=20*log10(mag+eps)/max(mag); %分贝数pha=angle(h); %相位%绘图w=m/pi;figure(4);subplot(2,1,1);plot(w,mag);xlabel(w);ylabel(h);title(加窗后幅度响应);subplot(2,1,2);plot(w,db);xlabel(w);ylabel(db);title(分贝数);axis(0 1 -100 0);%滤波，还原信号clcy,fs,nbit=wavread(b.wav);rs=70; %滤波器指标wp=0.3*pi; wst=0.6*pi;b=ditong(rs,wp,wst);y=fft(y,1024);x=fftfilt(b,y); %滤波x=fft(x,1024); %傅里叶变换sound(x);figure(3); %绘图subplot(2,1,1);plot(x);title(还原后的音频波形);xlabel(t);ylabel(x);subplot(2,1,2);plot(abs(x);title(滤波还原后信号的频谱);xlabel(k);ylabel(x(k);wavwrite(x,huanyuan.wav); %写信号到文件huanyuan.wavm,fs=wavread(huanyuan.wav);sound(m);四、 设计结果及分析1、由于录制的音频信号加的噪声总是不理想，于是自己制作了两个音频文件a.wav和b.wav。其中a.wav是没有噪声的，b.wav是加了其他频率的噪声的信号。其频谱及时域信号如图1、图2所示。图1图22、设计滤波器.。由于要求用fir滤波器，故可以使用窗函数设计滤波器。凯泽窗的衰减特性最好，故选择凯泽窗设计滤波器。根据图2得到的频谱图可以确定滤波器的通带截止频率可以在0.3附近，阻带截止频率可以在0.6附近。滤波器的幅度响应如图3所示。图33、将加噪后的信号通过滤波器，恢复原信号。通过滤波器的函数是fftfilt。通过滤波器后得到的频谱图及还原的信号见图4.图44、将还原后的信号生成wav文件。用函数wavwrite().写到文件huanyuan.wav中，打开huanyuan.wav文件，音收听频信号正常与否，若不正常，更改滤波器指数，继续设计。五、 体会这个设计相对较为简单，有很多类似的程序。比较为难的是，录制音频信号总是不能理想。难以在语音信号上在加上频率较高的信号，最后，我的解决办法是，自己制作语音信号，由于是自己制作，所以只有“滴”的一声。这就是很大的缺陷。另外，我认为在本次试验中最重要的就是滤波器的设