信號(hào)處理課程設(shè)計(jì)---基于matlab的語(yǔ)音信號(hào)處理

1、<p><b>　　編號(hào)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　題目： 基于MATLAB的語(yǔ)音信號(hào)處理 </p><p>　　信機(jī) 系 電子信息工程 專(zhuān)業(yè)</p><p>　　課程名稱(chēng)：數(shù)字信號(hào)處理</p><p&

2、gt;<b>　　1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?</b></p><p>　　綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析和濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，再利用 MATLAB 作為編程工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，建立概念。 </p><p>　　2.實(shí)驗(yàn)基本要求 ① 學(xué)會(huì) MATLAB 的使用，掌握 MATLAB 的程序設(shè)計(jì)方法。 ② 掌握在 Window

3、s 環(huán)境下語(yǔ)音信號(hào)采集的方法。 ③ 掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法。 ④ 掌握 MATLAB 設(shè)計(jì) FIR 和 IIR 數(shù)字濾波器的方法。 ⑤ 學(xué)會(huì)用 MATLAB 對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析和處理。 </p><p><b>　　3.實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備</b></p><p><b>　　計(jì)算機(jī)</b></p><p&

4、gt;　　4.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟 錄制一段自己的語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)錄制的信號(hào)進(jìn)行采樣；畫(huà)出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；給定濾波器的性能指標(biāo)，采用窗函數(shù)法或雙線性變換設(shè)計(jì)濾波器，并畫(huà)出濾波器的頻率響應(yīng)；然后用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，畫(huà)出濾波后信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，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；回放語(yǔ)音信號(hào)；最后，用 MATLAB 設(shè)計(jì)一信號(hào)處理系統(tǒng)界面。</p><p>　　（

5、一）基于MATLAB 的語(yǔ)音濾波實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)</p><p>　　1.1.1語(yǔ)音的時(shí)域低通濾波</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　x=wavread('G:\htt.wav');</p><p>　　h=ones(1,220);</p><p>　　y=c

6、onv(x,h);</p><p>　　wavwrite(y,22050,'htt2.wav');</p><p>　　Hw=fft(h,length(y));</p><p>　　Xw=fft(x);</p><p>　　Yw=fft(y);</p><p>　　nx=length(Xw);ny=le

7、ngth(Yw);</p><p>　　nh=length(Hw);</p><p>　　wh=0:2*pi/nh:2*pi*(nh-1)/nh;</p><p>　　wx=0:2*pi/nx:2*pi*(nx-1)/nx;</p><p>　　wy=0:2*pi/ny:2*pi*(ny-1)/ny;</p><p>

8、　　subplot(3,1,1);plot(wh,abs(Hw));title('系統(tǒng)函數(shù)頻譜');</p><p>　　subplot(3,1,2);plot(wx,Xw);title('原始信號(hào)的頻譜');</p><p>　　subplot(3,1,3);plot(wh,Yw);title('濾波后的信號(hào)頻譜');</p>

9、<p><b>　　圖：</b></p><p>　　1.1.2時(shí)域高通濾波</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　x=wavread('G:\htt.wav');</p><p>　　h=[1,-2,1];</p><p&g

10、t;　　y=conv(x,h);</p><p>　　wavwrite(y,22050,'htt3.wav');</p><p>　　Hw=fft(h,length(y));</p><p>　　Xw=fft(x);</p><p>　　Yw=fft(y);</p><p>　　nx=length(Xw

11、);ny=length(Yw);</p><p>　　nh=length(Hw);</p><p>　　wh=0:2*pi/nh:2*pi*(nh-1)/nh;</p><p>　　wx=0:2*pi/nx:2*pi*(nx-1)/nx;</p><p>　　wy=0:2*pi/ny:2*pi*(ny-1)/ny;</p>&l

12、t;p>　　subplot(3,1,1);plot(wh,abs(Hw)); title('系統(tǒng)函數(shù)頻譜');</p><p>　　subplot(3,1,2);plot(wx,Xw); title('原始信號(hào)的頻譜');</p><p>　　subplot(3,1,3);plot(wh,Yw); title('濾波后的信號(hào)頻譜');&

13、lt;/p><p><b>　　圖：</b></p><p>　　1.2.1語(yǔ)音的頻域低通濾波</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　x=wavread('G:\hua.wav');</p><p>　　Xw=fft(x);</p&

14、gt;<p>　　N=length(Xw);</p><p><b>　　fs=22050;</b></p><p><b>　　fL=1000;</b></p><p>　　Hw=[ones(1,fix(N*fL/fs)),zeros(1,N-2*fix(N*fL/fs)),ones(1,fix(N*fL/

15、fs))];</p><p>　　Yw=Xw.*Hw';</p><p>　　y=ifft(Yw);</p><p>　　wavwrite(y,fs,'hua4.wav');</p><p>　　nx=length(Xw);nh=length(Hw);</p><p>　　ny=length(Y

16、w);</p><p>　　wx=0:2*pi/nx:2*pi*(nx-1)/nx;</p><p>　　wh=0:2*pi/nh:2*pi*(nh-1)/nh;</p><p>　　wy=0:2*pi/ny:2*pi*(ny-1)/ny;</p><p>　　subplot(3,1,1);plot(wx,Xw);</p>&l

17、t;p>　　ylabel('Xw');</p><p>　　subplot(3,1,2);plot(wh,Hw);</p><p>　　ylabel('Hw');</p><p>　　axis([0,7,-0.2,1.2]);</p><p>　　subplot(3,1,3);plot(wy,Yw);&l

18、t;/p><p>　　ylabel('Yw');</p><p><b>　　圖：</b></p><p>　　1.2.2頻域高通濾波</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　x=wavread('G:\hua.wav');

19、</p><p>　　Xw=fft(x);</p><p>　　N=length(Xw);</p><p><b>　　fs=22050;</b></p><p><b>　　fH=2000;</b></p><p>　　Hw=[zeros(1,fix(N*fH/fs)),o

20、nes(1,N-2*fix(N*fH/fs)),zeros(1,fix(N*fH/fs))];</p><p>　　Yw=Xw.*Hw';</p><p>　　y=ifft(Yw);</p><p>　　wavwrite(y,fs,'hua5.wav');</p><p>　　nx=length(Xw);nh=leng

21、th(Hw);</p><p>　　ny=length(Yw);</p><p>　　wx=0:2*pi/nx:2*pi*(nx-1)/nx;</p><p>　　wh=0:2*pi/nh:2*pi*(nh-1)/nh;</p><p>　　wy=0:2*pi/ny:2*pi*(ny-1)/ny;</p><p>　　

22、subplot(3,1,1);plot(wx,Xw);</p><p>　　ylabel('Xw');</p><p>　　subplot(3,1,2);plot(wh,Hw);</p><p>　　ylabel('Hw');</p><p>　　axis([0,7,-0.2,1.2]);</p>

23、<p>　　subplot(3,1,3);plot(wy,Yw);</p><p>　　ylabel('Yw');</p><p><b>　　圖：</b></p><p><b>　　1.3結(jié)論</b></p><p>　　本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是利用MATLAB的聲音處理函數(shù)

24、和媒體播放器，將復(fù)雜抽象的處理算法變換成簡(jiǎn)單直觀的實(shí)際效果，有利于學(xué)生理解算法的物理意義，有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而引發(fā)學(xué)生對(duì)數(shù)字信號(hào)處理算法的進(jìn)一步思考，對(duì)于數(shù)字信號(hào)處理的教學(xué)和學(xué)習(xí)具有一定的參考價(jià)值。，本文雖然只以語(yǔ)音濾進(jìn)行說(shuō)明，其實(shí)很容易擴(kuò)展到語(yǔ)音的其它處理方面，如語(yǔ)音的抽取和插</p><p><b>　　值等。</b></p><p>　?。ǘ┗贛A

25、TLAB 的語(yǔ)音信號(hào)分析與處理</p><p><b>　　2.1語(yǔ)音信號(hào)采集</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　[x,fs,nb]=wavread('F:\hua.wav');</p><p>　　ms2=floor(fs*0.002);<

26、;/p><p>　　ms10=floor(fs*.01);</p><p>　　ms20=floor(fs*0.02);</p><p>　　ms30=floor(fs*0.03);</p><p>　　t=(0:length(x)-1)/fs;</p><p>　　subplot(2,1,1);plot(t,x);<

27、;/p><p>　　legend('Waveform');xlabel('Time(s)');ylabel('Amplitude');</p><p>　　Xw=fft(x);</p><p>　　nx=length(Xw);</p><p>　　wx=0:2*pi/nx:2*pi*(nx-1)/n

28、x;</p><p>　　subplot(2,1,2);plot(wx,Xw);ylabel('Xw');axis([0,7,0,10])</p><p><b>　　圖：</b></p><p>　　2.2對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行倒譜分析</p><p><b>　　程序：</b></

29、p><p>　　fn=input('Enter WAV filename : ','s');</p><p>　　[x,fs,nb]=wavread(fn);</p><p>　　ms2=floor(fs*0.002);</p><p>　　ms10=floor(fs*.01);</p><p&

30、gt;　　ms20=floor(fs*0.02);</p><p>　　ms30=floor(fs*0.03);</p><p>　　t=(0:length(x)- 1)/fs;</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(t,x);</p><p>　　legend('W

31、aveform');</p><p>　　xlabel('Time (s)');</p><p>　　ylabel('Amplitude');</p><p>　　w=hamming(ms30);</p><p><b>　　pos=1;</b></p><p&

32、gt;<b>　　fx=[];</b></p><p>　　while(pos+ms30)<=length(x)</p><p>　　y=x(pos:pos+ms30- 1);y=y- mean(y);</p><p>　　Y=fft(y.*w);</p><p>　　C=fft(log(abs(Y)+eps));

33、</p><p>　　[c,fxval]=max(abs(C(ms2:ms20)));</p><p>　　fx=[fx fs/(ms2+fxval- 1)];</p><p>　　pos=pos+ms10;</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　t=(0:length

34、(fx)- 1)*0.01</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　plot(t,fx);</p><p>　　legend('FX Trace');</p><p>　　xlabel('Time(s)');</p><p>　　ylabel('F

35、requency(Hz)');</p><p><b>　　圖：</b></p><p>　　2.3雙線性變換法設(shè)計(jì)各種濾波器</p><p>　　數(shù)字巴特沃茲低通濾波器函數(shù)：</p><p>　　fun ction [b,a]=digital_lowpass_butter(wp,ws,Rp,As,Fs)<

36、/p><p>　　[N,wn]=buttord(wp/pi,ws/pi,Rp,As)</p><p>　　[b,a]=butter(N,wn);</p><p><b>　　程序：</b></p><p>　　clear;clc;</p><p>　　[y,Fs,bits]=wavread('

37、E:\hua.wav',[15040 23500]);</p><p>　　ws=0.125*pi;wp=0.075*pi;Rp=0.25;As=50;</p><p>　　[b,a]=digital_lowpass_butter(wp,ws,Rp,As,Fs)</p><p>　　[Rows,Cols]=size(y);</p><p&

38、gt;　　y(:,1)=y(:,1)-mean(y(:,1));</p><p>　　Y=abs(fft(y)+eps);</p><p>　　Y(1)=Y(2);</p><p><b>　　L=Rows;</b></p><p>　　w=0:(L-1);</p><p>　　w=2*pi/Ro

39、ws*w;</p><p>　　x=filter(b,a,y);</p><p>　　X=abs(fft(x)+eps);</p><p>　　X(1)=X(2);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　subplot(2,2,1);plot(y);title('濾波前信號(hào)波形'

40、);</p><p>　　subplot(2,2,2);plot(w/pi,Y(1:L));title('濾波前信號(hào)頻譜');xlabel('w(單位 pi)');ylabel('幅值');</p><p>　　subplot(2,2,3);plot(x);title('濾波后信號(hào)波形');</p><p&

41、gt;　　subplot(2,2,4);plot(w/pi,X(1:L));title('低通濾波后信號(hào)頻譜');xlabel('w(單位 pi)');ylabel('幅值');</p><p><b>　　圖：</b></p><p>　　2.4雙線性變換法設(shè)計(jì)ButterWorth數(shù)字濾波器的頻率響應(yīng)</p&g

42、t;<p><b>　　程序：</b></p><p>　　[y,fs,bits]=wavread('D:\wangshuhua1.wav');</p><p>　　ws=0.125*pi;wp=0.075*pi;Rp=0.25;As=50;</p><p>　　[n,wn]=buttord(wp/pi,ws/pi

43、,Rp,As)</p><p>　　[b,a]=butter(n,wn)</p><p>　　freqs(b,a)</p><p>　　[bz,az]=bilinear(b,a,1);</p><p>　　freqz(bz,az,512,1)</p><p><b>　　圖：</b></p&

44、gt;<p><b>　　2.4回放語(yǔ)音信號(hào)</b></p><p>　　在 matlab 中, 函數(shù) sound 可以對(duì)聲音進(jìn)行回放,其調(diào)用格式為: sound(x,fs,bits)。通過(guò)回放可以發(fā)現(xiàn)濾波前后的聲音有變化。低通濾波后, 聲音稍微有些發(fā)悶, 但是很接近原來(lái)的聲音。從頻譜圖中我們可以看出聲音的能量主要集中在低頻(0.1pi 即 1102.5Hz 以?xún)?nèi))部分。<

45、;/p><p>　　2.5濾波前后進(jìn)行比較</p><p>　　低通濾波后的聲音跟原始聲音差別不大,頻譜中幅度相差不大，但頻率減小。</p><p><b>　　2.6結(jié)語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)設(shè)計(jì)的數(shù)字低通、高通等濾波器對(duì)語(yǔ)音信號(hào)分別進(jìn)行濾波處理,比較不同原型下設(shè)計(jì)出來(lái)的數(shù)字濾波器的濾波效果,從理論上進(jìn)行分析比

46、較,對(duì)掌握數(shù)字信號(hào)處理的分析方法具有良好的指導(dǎo)作用。</p><p><b>　　5.心得體會(huì)</b></p><p><b>　　6.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 程佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社,2002.</p><p>　　[2] 劉敏,魏玲. Ma