MATLAB课程设计

1、课题名称 姓 名 学 号 院、系、部 专 业 指导教师MATLAB课程设计报告书基于MATLAB勺语音信号采集与处理胡敬3120504005电气信息工程学院电子信息科学与技术 1201许波2014年7月3日语音信号的采集与处理一、实践的目的和要求本次课程设计的课题为基于MATLAB的语音信号采集与处理，学会运用MATLAB的信号处理功能，采集语音信号，并对语音信号进行滤波及变换处理，观察其时域和频域特性， 加深对信号处理理论的理解，并为今后熟练使用MATLAB进行系统的分析仿真和设计奠定基础。此次实习课程主要是为了进一步熟悉对matlab软件的使用，以及学会利用 matlab对声音信号这种实际

2、问题进行处理，将理论应用于实际，加深对它的理解。二、实践原理：理论原理：利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，利用MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号。语音信号的“短时谱”对于非平稳信号，它是非周期的，频谱随时间连续变化，因此由傅里叶变换得到的频谱无法获知其在各个时刻的频谱特 性。如果利用加窗的方法从语音流中取出其中一个短断，再进行傅里叶变换,就可以得到该语音的短时谱。课题要求：课题要求：1、语音信号的采集利用 Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在 5s左右，然

3、后在 Matlab软件 平台下，利用函数 wavread对语音信号进行采样，记住采样频率和采样点数。(1 )请每位同学都参与录音。分析鸽子语音信号时域信号的不同点。(2 )请录制两段音乐信号，期中一段为简单音乐信号，一段为和弦音乐信号。比较时域波形的不同。2、语音信号的频谱分析在Matlab中，可以利用函数 fft对信号进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，要求学生首先画出语音信号的时域波形，然后对语音信号进行频谱分析。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);%对加载的语音信号进行回放figure(1)plot(t,x)%做原始语音信号的时域图形title('原始语音信号');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');n=len gth(x);%求出语音信号的长度y1=fft(x, n);%傅里叶变换w=1/ n*0: n-1*fsfigure(2)plot(w,abs(y1)%做原始语音信号的 FFT频谱图title（'原始语音信号FFT频谱'）频谱分析对比： 简单音乐信号Figurv l

5、«=回 理® I adI Edie View trwwt Tods Desktop Winder He* pd U -i 打瓦'町取越应疋书 Dl Eb n和弦音乐信号:Q Fi* iu 回旦M impure-2男生:原绘语音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、.、"直证虫、s cF3c EditInwH T。显弓 曲叩 Wndow Help.a iQ igurt-2LIn =i$ur* iFU. E 曲 Viw lni|v TmI. CMnkgp WingM* Hfilp Sbdi 1 匕可暂诅口 口 Q 伸给语甘伯号«.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头| Etft 业T" 问屮 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 -虽 口

8、聖1 Q3、理解傅立叶变换的性质匝帕语咅信号FFTfc-S（1）对信号进行时域的尺度变换，抽取与插值，观察期品与众频谱的变化，回放语音信 号，体会时域语音信号变化（实现慢录快放和快录慢放功能）。在Matlab中，函数sou nd可以对声音进行回放。其调用格式：sou nd（x,fs,bi ts）;可以感觉滤波前后的声音变化。程序：x,fs,Nbits =wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=O:1/fs:(le ngth(x)-1)/fs;a=1sou nd(x,a*fs) ;%对加载的语音信号进行回放pause(3)a=2

9、sound(x,a*fs) ; %对加载的语音信号进行快发pause(3)a=0.5sound（x,a*fs） ; %对加载的语音信号进行慢放（2）信号的调制与解调（负责板块）语音信号与高频正弦载波相调制，比较其频谱变化，回放信号，比较是与众语音信号变化。将调制后的信号进行解调，回放信号，比较时域中语音信号变化。 本次课程设计我主要负责的是对载波信号的调制解调部分。1、所谓调制，就是在传送信号的一方将所要传送的信号附加在高频振荡上，再由天线发射出去。这里高频振荡波就是携带信号的运载工具，也叫载波。振幅调制，就是由调制信号去控制高频载波的振幅， 直至随调制信号做线性变化。 在线性调制系列中， 最

10、先应用的一种幅 度调制是全调幅或常规调幅，简称为调幅（AM ）。在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移；在时域中，已调波包络与调制信号波形呈线性关系。设正弦载波为：c（t）=Acos（ w0t0）式中，A为载波幅度；Wo为载波角频率；：o为载波初始相位（假设；：o =0）.调制信号（基带信号）为 m（t）。根据调制的定义，振幅调制信号（已调信号）一般可以表示Sm(t)二 Am(t) cos(wot)设调制信号m(t)的频谱为m(w)，则已调信号sm(t)的频谱we为sm(w)A匚.sm(w)M (w w0)M (w -w0) 1：2标准调幅波(AM )产生原理：调制信号是只来来自信源的

11、调制信号(基带信号)，这些信号可以是模拟的，亦可以是数字的。为首调制的高频振荡信号可称为载波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脉冲序列)。载波由高频信号源直接产生即可，然后经过高频功率放大器进行放大，作为调 幅波的载波，调制信号由低频信号源直接产生，二者经过乘法器后即可产生双边带的调幅波。设载波信号的表达式为cosw°t，调制信号的表达式为m(t) = Am coswmt，则调幅信号的表达式为 sAM (t)二 Aq m(t) lcosw0t2、解调从高频已调信号中恢复出调制信号的过程称为解调(demodulation )，又称为检波(detection )。对于振幅调制信

12、号，解调(demodulation )就是从它的幅度变化上提取调制信号的 过程。解调(demodulation )是调制的逆过程。可利用乘积型同步检波器实现振幅的解调，让已调信号与本地恢复载波信号相乘并通过 低通滤波可获得解调信号。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('信息信号的时域波形)；f

13、y仁 fft(f1);w1= 0:fs/(N-1):fs;subplot(2,1,2);plot(w1,abs(fy1);title('信息信号的频谱');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('载波信号的频谱');f1=f1(:,1);f3=f1'.*f2; subplot(2,1,2);fy3 = fft(f3);plot(w1,abs(abs(fy3);titl

14、e('已调信号的频谱'); soun d(f3 ,fs,n bits);f4=f3.*f2;figure(3); subplot(1,1,1);fy4=fft(f4);plot(w1,abs(abs(fy4);title('解调信号频谱'); 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低通滤波器的频率响应'); f4_low = filter(b1,1, f4);plot(t,f4_low);title('滤波后的解调信号时域波形');soun d(f4_low,fs ,n bits); f5=fft(f4_low);figure(5);subplot(1,1,1);plot(w1,abs(f5);title('滤波后的解调信号频谱

16、9;)|Furv4Pe £dit yiew Insert Tools Cwtaop Wndow Hdp u d a 、> t ® . x - a o y - a04f沁后的解耐号时域漩4、设计数字滤波器和画出其频率响应给出各滤波器的性能指标低通滤波器的性能指标：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);%对加载的语音信号进行回放figure(1)plot(t/2,x)%做原始语音信号的时域图形title('原始语音信号');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');n=len gth(x);%求出语音信号的长度y1=fft(x, n);%傅里叶变换w=1/ n*0: n-1*fsfigure(2)plot(abs(y1)%做原始语音信号的 FFT频谱图title('原始语音信号FFT频谱')x1,Fs,bits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopm

18、atlabRFS');derta_Fs = Fs/length(x1);%设置频谱的间隔，分辨率，这里保证了 x轴的点数必须和y轴点 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;%按凯泽窗计算滤波器阶数N1=M1 + 1;beta 仁0.1102*(As1-8.7);Window=(kaiser(N1,beta1); % 求凯泽窗窗函数b1=fir1(M1,wc1/pi,Window);

19、% wc1/pi 为归一化，窗函数法设计函数 figure(3);freqz(b1,1,512); %H,w=freqz(B,A,N),(1)中B和A分别为离散系统的系统函数分子、分母多 项式的系数向量，返回量H则包含了离散系统频响在0pi范围内N个频率等分点的值(其中N为正整数)，w则包含了范围内N个频率等分点。调用默认的N时，其值是512。title('FIR低通滤波器的频率响应');x1ow = filter(b1,1, x1);% 对信号进行低通滤波，丫 = filter(B,A,X)，输入X为滤波前序列，Y为滤波结果序列，B/A提供滤波器系数，B为分子，A为分母sou

20、n d(x1_low,Fs,bits);figure(4);subplot(2,1,1); plot(x1_low);title('信号经过FIR低通滤波器(时域)');subplot(2,1,2); plot(-Fs/2:derta_Fs: Fs/2-derta_Fs,abs(fftshift(fft(x1_low);title('信号经过FIR低通滤波器(频域)');:5、用滤波器对信号进行滤波然后用自己设计的滤波器对采集到的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形及频 谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化。Vrindow Help 厲唱旦FlFt低

21、箱遥遞狂的顎率响应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沙总靱E ”fgpjrwlQD-B-lpj 口tflra-cdQ2 D3 D.405060.7 OB 091Narmabzd Frtquancw |:ci rad.>'idmpk|肯号经ilF唧氐通滤液商:巾勒阿 £dic Ififtv nsert IemIs QiMktop 里 inde Helfj、IU6、提高部分要求1) 实现对

22、声音信号放大和衰减功能程序：fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%对加载信号的语音信号进行回放 a=1;wavplay(a*x,fs);fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%对加载信号的语音信号进行回放 a=10;wavplay(a*x,fs);2) 实现

23、对录音内容倒放程序：fs=22050;x,fs,Nbits=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW); t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%对加载的语音信号进行回放 x=flipud(x)wavplay(x,fs);3) 实现混音音效效果程序：close allclear ally,fs=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabSW);%打开音频文件(格式为wav的音频文件)，所得y为采样数据，fs为采样率time=(1:length(y)/fs;%时

24、间轴的向量【(length(y)/fs即为音频文件播放的时间长度】subplot(3,1,1);plot(time, y);%画出时间轴上的波形title(' SW 的声音');%sou nd(y,fs)y6,fs6=wavread('C:UsersAdmi nistratorDesktopmatlabYWX');%打开音频文件(格式为wav的音频文件)，所得y为采样数据，fs为采样率time6=(1:length(y6)/fs6; % 时间轴的向量【(length(y)/fs即为音频文件播放的时间长度】 subplot(3,1,2);plot(time6, y

25、6);% 画出时间轴上的波形title(' YWX 的声音');%sou nd(y6,fs6)%下面将两个音频叠加在一块m, n=size(y);% 查看y的大小，【此处y是m行，n列的数据】m6,n6=size(y6);%查看y6的大小，【此处y6是m6行，n6列的数据】 z=zeros(max(m,m6)-min(m,m6),n);%生成0矩阵，用于加在时间较短的那么音频的后面 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');% 保存合成的音频信号，文件夹在matlab-bin4) 实现回音音效效果程序：x,fs,bits=wavread('C:UsersAdministratorDesktopmatlabYWX');%读取语音信号?n1=0:2000;b=x(:,1);%产生单声道信号?N=3;yy2=filter(1,1,zeros(1,80000/(N+1),0.7,b',zeros(1,40000);%IIR滤波器进行滤波 ？figure(3)subplot(2,1,1);plot(yy2);%三次回声滤波器时域波形？title('三次回声滤波器时域波形');YY2=fft(yy2);%对三次回声信号做FF