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1、 41 语 音 信 号 采 集 与 处 理主 题： Matlab与信息系统仿真课程设计 组 长： XXX 组 员： XXXXXXX 班 级： 电子信息工程1201 目 录第一章 课程设计情况概述1.1 课程设计目的31.2 课程设计内容31.3 小组分工3第二章 具体实现方案及小结2.1 第（1）、（2）版块：录制语以及频谱分析4 2.1.1 板块要求4 2.1.2 版块分析及具体实现代码42.1.3 Matlab仿真结果图52.2 第（3）版块：采样72.2.1 版块要求72.2.2 板块分析及具体实现代码 72.3 第（4）版块：对语音实现几种常见变化132.3.1 版块要求132.3.2
2、 板块分析及具体实现代码132.4 第（5）版块：调制、解调252.4.1 板块要求25 2.4.2 版块分析及具体实现代码252.4.3 Matlab仿真结果图282.5 第（6）版块：加噪、滤波322.5.1 板块要求32 2.5.2 版块分析及具体实现代码322.6 小结41 第一章 课程设计情况概述1.1课程设计目的本课程设计要求掌握Matlab语言特性、数学运算和图形表示；掌握 Matlab程序设计方法在信息处理方面的一些应用；掌握在 Windows 环境下，利用Matlab进行语音信号 采集与处理的基本方法。综合设计实验方案设计5天分析题目，查找相关资料，利用已掌握知识、原理，提出
3、设计具体方案，拟订设计步骤，确定方案，编写程序代码并上机调试，修改完善设计，记录数据，分析结果。1.2 课程设计内容这次的课程设计大致分为两个阶段，一周为一个阶段。1.关于Matlab的基础训练Matlab在信号与系统、随机信号处理中的基本应用 2.综合设计：语音信号的采集与处理 （1）利用 windows 自带的录音机或者其它录音软件，录制几段语音信号（要有几种不同的声音，要有男声、女声）。 （2）对录制的语音信号进行频谱分析，确定该段语音的主要频率范围，由此频率范围判断该段语音信号的特点（低沉 or 尖锐？） （3）利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临
4、界采样）对信号的影响。 （4）实现语音信号的快放、慢放、倒放、回声、男女变声。 （5）对采集到的语音信号进行调制与解调，观测调制与解调前后信号的变化。 （6）对语音信号加噪，然后进行滤波，分析不同的滤波方式对信号的影响。1.3 小组分工第（1）、（2）版块XXX，第（3）版块XXX，第（4）版块XXX，第（5）版块XXX，第（6）版块XXX，报告最终由组长统一整理。第二章 具体实现方案2.1 第（1）、（2）版块:录制语音以及频谱分析2.1.1 版块要求：利用windows自带的录音机或者其它录音软件，录制几段语音信号（要有几种不同的声音，要有男声、女声）。 对录制的语音信号进行频谱分析，确定
5、该段语音的主要频率范围，由此频率范围判断该段语音信号的特点（低沉还是尖锐？）2.1.2 版块分析及具体实现代码：先录制几段音频，再利用Matlab编程对其进行频谱分析。x1,fs,nbits=wavread(D:matlab语音样本.wav); %读取音频文件，识别的是音频存放地址 sound(x1,fs); %利用matlab中发声函数sound语句 N=length(x1); M=log(N)/log(2); Q=round(M); %round函数是对所得数取整S=2Q; %求得与N最接近的2的n次幂n=0:N-1; %从0取到N-1X=fft(x1); %进行傅里叶变换 Fs=1*fs
6、; f=n/N*Fs; %图2的横坐标figure(1); subplot(2,1,1);plot(n,x1); %绘制原音频信号图 title(原始音频信号); Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp); axis(0,3000,0,0.01) %绘制频谱图 title(音频的幅度谱);在设计算法的过程中，本段程序的难点在于如何找到与length(x1)最接近的2的n次幂，以及傅立叶变换之后的频谱值（即图中的纵坐标值）。通过先对length(x1)求2的对数，再利用round函数进行四舍五入求整，最终得到想
7、要的最接近length(x1)的2的n次幂。2.1.3 Matlab仿真结果图：从图中可以读出这段音频信号的频率大概在100800赫兹，比较低沉，一般来说应该是男声。从图中可以读出这段音频信号的频率大概在7001400赫兹，比较尖锐，一般来说应该是女声。2.2 第（3）版块：采样2.2.1 版块要求利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临界采样）对信号的影响。2.2.2 板块分析及具体实现代码这里涉及到采样下重采样的问题。所谓重采样就是对一系列离散的数字信号进行插值（升频）或去值（降频），以改变原有信号的采样率，在Matlab中，可以用resample(x,p
8、,q),decimate(x,r)函数实现。也可以将原有音频进行重构，对获得的波形进行二次采样，不过这样比较麻烦。本段程序采用的是resample(x,p,q)函数，所用的音频时间大概有3秒，更有利于观察对频谱的影响。 RESAMPLE函数的原理:p/Q是确定采样频率的必要条件，由于系统录音所确定的采样频率由x1,fs,nbits=wavread(D:matlabnv.wav)所决定;%读取音频文件返回值为44100hz。对于所用音频，其频谱分析出来的最高频率是fm=1750 hz。由采样定理得，采样频率fs=2fm=3500 hz,大约是44100的1/13。当为临界采样时fs=2fm，确定
9、p=1,Q=13，采样频率为3500 hz；当为过采样时fs2fm, 确定P=1，Q=10，采样频率为4410 hz;当为欠采样时fs2fm,确定P=1，Q=18，采样频率为2450 hz;程序代码：x1,fs,nbits=wavread(D:matlab nv.wav); %读取音频文件，识别的是地址 sound(x1,fs); %利用matlab中发声函数sound语句 N=length(x1);M=log(N)/log(2);Q=round(M) ;S=2Q;n=0:N-1; %n从0取到N-1X=fft(x1); %进行傅里叶变换 Fs=1*fs; f=n/N*Fs; figure(1
10、); subplot(2,1,1);plot(n,x1); %绘制原音频信号 title(原始音频信号); Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp); axis(0,4000,0,0.01) %绘制频谱图 title(音频的幅度谱); 临界采样： x,fs,nbits=wavread(D:matlabnv.wav); %读取音频文件，识别的是地址 x2=resample(x,1,13); %采样频率化为3500Hzsound(x2,fs/13); %利用matlab中发声函数sound语句 N=length(
11、x2);M=log(N)/log(2);Q=round(M) ;S=2Q;n=0:N-1; %从0取到N-1X=fft(x2);%进行傅里叶变换 Fs=fs/14; f=n/N*Fs; figure(2) subplot(2,1,1);plot(n,x2);%绘制原音频信号 title(临界采样后原始音频信号); Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp); axis(0,4000,0,0.01)%绘制频谱图 title(临界采样音频的幅度谱); 过采样： x,fs,nbits=wavread(D:matlab
12、nv.wav);%读取音频文件，识别的是地址 x3=resample(x,1,10);%采样频率化为4410Hz sound(x3,fs/10); %利用matlab中发声函数sound语句 N=length(x3);M=log(N)/log(2);Q=round(M) ;S=2Q;n=0:N-1; %从0取到N-1X=fft(x3);%进行傅里叶变换 Fs=fs/10; f=n/N*Fs;figure(3); subplot(2,1,1);plot(n,x3);%绘制原音频信号 title(过采样后原始音频信号); Amp=abs(X)/(S/2); Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp); axis(0,4000,0,0.01)%绘制频谱图 tit
