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1、matlab 音频信号处理实验报告音频信号处理实验报告MATLAB 音频信号处理实验音频信号处理实验南昌航空大学信息工程学院南昌航空大学信息工程学院课程实验报告课程实验报告实验名称：实验名称： 实验时间：实验时间： 2014 年年 4 月月 23 日日指导教师：指导教师：班级班级 ：学号学号 ：姓名姓名 ：成绩成绩 ：南昌航空大学实验报告南昌航空大学实验报告2014 年年 4 月月 23 日日课程名称：课程名称： 数字信号处理数字信号处理 实验名称：实验名称： 音频信号处理音频信号处理 班班级：姓名：级：姓名： 学号：学号： 指导老师评定：指导老师评定： 签名：签名：一、实验目的一、实验目的（
2、1）进一步加深）进一步加深 DFT 算法原理和基本性质的理解；算法原理和基本性质的理解；（2）熟悉）熟悉 FFT 算法原理；算法原理；（3）理解掌握音频信号各参数的意义；）理解掌握音频信号各参数的意义；（4）设计低通滤波器。）设计低通滤波器。二、实验内容二、实验内容（1）对一个音频信号用）对一个音频信号用 FFT 进行谱分析；进行谱分析；（2）对该音频信号进行放大或衰减；）对该音频信号进行放大或衰减；（3）对该音频信号加入噪声与去掉噪声处理。）对该音频信号加入噪声与去掉噪声处理。三、实验原理三、实验原理语音信号是基于时间轴上的一维数字信号，在这里主要是对语音信号是基于时间轴上的一维数字信号，在
3、这里主要是对语音信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包含了更语音信号进行频域上的分析。在信号分析中，频域往往包含了更多的信息。对于各种波形，我们都可以用一种方法来分析，就是多的信息。对于各种波形，我们都可以用一种方法来分析，就是傅立叶变换：将时域的波形转化到频域来分析。于是，本实验就傅立叶变换：将时域的波形转化到频域来分析。于是，本实验就从频域的角度对信号进行分析，并通过分析频谱来设计出合适的从频域的角度对信号进行分析，并通过分析频谱来设计出合适的滤波器。当然，这些过程的实现都是在滤波器。当然，这些过程的实现都是在 MATLAB 软件上进行的，软件上进行的，MATLAB 软件在数字信号
4、处理上发挥了相当大的优势。软件在数字信号处理上发挥了相当大的优势。1.语音信号的读取语音信号的读取y,fs,bits=wavread(Blip,N1 N2);用于读取语音，采用于读取语音，采样值放在向量样值放在向量 y 中，中，fs 表示采样频率表示采样频率(Hz)，bits 表示采样位数。表示采样位数。N1 N2表示读取从表示读取从 N1 点到点到 N2 点的值（若只有一个点的值（若只有一个 N 的点则表的点则表示读取前示读取前 N 点的采样值）点的采样值） 。2.语音信号的播放语音信号的播放sound(x,fs,bits); 用于对声音的回放。向量用于对声音的回放。向量 y 则就代表了一个
5、信则就代表了一个信号（也即一个复杂的号（也即一个复杂的%26ldquo;函数表达式函数表达式%26rdquo;）也就是说）也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。3.FFT 的的 MATLAB 实现实现在在 MATLAB 的信号处理工具箱中函数的信号处理工具箱中函数 FFT 和和 IFFT 用于快速傅用于快速傅立叶变换和逆变换。函数立叶变换和逆变换。函数 FFT 用于序列快速傅立叶变换。函数的用于序列快速傅立叶变换。函数的一种调用格式为一种调用格式为 y=fft(x),其中，其中，x是序列，是序列，y 是序列的是序列的 FFT，x 可
6、以为一向量或矩阵，若可以为一向量或矩阵，若 x 为一为一向量，向量，y 是是 x 的的 FFT。且和。且和 x 相同长度。若相同长度。若 x 为一矩阵，则为一矩阵，则 y 是对是对矩阵的每一列向量进行矩阵的每一列向量进行 FFT。如果。如果 x 长度是长度是 2 的幂次方，函数的幂次方，函数 fft执行高速基执行高速基2FFT 算法；否则算法；否则 fft 执行一种混合基的离散傅立叶执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。函数变换算法，计算速度较慢。函数 FFT 的另一种调用格式为的另一种调用格式为y=fft(x,N),式中，式中，x，y 意义同前，意义同前，N 为正整数。函数执行为
7、正整数。函数执行 N 点点的的 FFT。若。若 x 为向量且长度小于为向量且长度小于 N，则函数将，则函数将 x 补零至长度补零至长度 N。若向量若向量 x 的长度大于的长度大于 N，则函数截短，则函数截短 x 使之长度为使之长度为 N。若。若 x 为矩为矩阵，按相同方法对阵，按相同方法对 x 进行处理。经函数进行处理。经函数 fft 求得的序列求得的序列 y 一般是一般是复序列，通常要求其幅值和相位。复序列，通常要求其幅值和相位。MATLAB 提供求复数的幅值和提供求复数的幅值和相位函数：相位函数：abs，angle，这些函数一般和，这些函数一般和 FFT 同时使用。函数同时使用。函数abs
8、(x)用于计算复向量用于计算复向量 x 的幅值，函数的幅值，函数 angle(x)用于计算复向量的用于计算复向量的相角，以弧度表示。相角，以弧度表示。四、程序清单及分析四、程序清单及分析（A）本实验的语音信号是通过查找电脑系统存在的语音信号）本实验的语音信号是通过查找电脑系统存在的语音信号所得，所得，ding.wav 信号的比特率为信号的比特率为 176bps.S1,fs,bits = wavread(ding.wav);figure(1);plot(S1);title(原始信号波形原始信号波形);figure(2);F = fft(S1);plot(abs(F);title(原始信号频谱原始
9、信号频谱);图图 1 原始信号波形原始信号波形图图2 原始信号频谱原始信号频谱(B) 信号放大后的声音未画出图形，但是经过听声音认证，信号放大后的声音未画出图形，但是经过听声音认证，语音信号的声音确实放大了，可见，可以通过把信号乘以一个系语音信号的声音确实放大了，可见，可以通过把信号乘以一个系数的方法进行放大。数的方法进行放大。S2 = S1 * 4; %对语音信号进行放大对语音信号进行放大wavwrite(S2,22000,8,dingaloud.wav);%生成放大后生成放大后的语音信号的语音信号%sound(S2);(C) 本实验产生噪声的方法是通过对语音信号进行调制，调本实验产生噪声的
10、方法是通过对语音信号进行调制，调制后的语音信号即高频信号，故可以把该信号当作是噪声信号，制后的语音信号即高频信号，故可以把该信号当作是噪声信号，并与原始信号进行叠加，这样得到的信号即是加入了噪声的信号。并与原始信号进行叠加，这样得到的信号即是加入了噪声的信号。信号调制的代码如下：信号调制的代码如下：fc=10000; %载波频率载波频率y1=modulate(S1,fc,fs,fm); %对原语音信号调制对原语音信号调制Y1=fft(y1,40000); %采样点数采样点数 40000figure(3);subplot(211);plot(y1);title(调制后信号波形调制后信号波形);s
11、ubplot(212);plot(abs(Y1);title(调制后信号频谱调制后信号频谱);%sound(y1); %播放调制后的语音信号播放调制后的语音信号调制后的信号为高频信号，故波形很密，如下图：调制后的信号为高频信号，故波形很密，如下图：图图3 调制后的信号和频谱调制后的信号和频谱(D) 加入噪声的信号加入噪声的信号%调制信号调制信号+原始信号波形原始信号波形y2 = S1 + y1;%加入噪声后的语音信号加入噪声后的语音信号Y2 = fft(y2,40000);%采样点数采样点数 40000，对加噪后的信号进行，对加噪后的信号进行 fft figure(4);subplot(211
12、);plot(y2);title(调制信号调制信号+原始信号波形原始信号波形);subplot(212);plot(abs(Y2);title(调制信号调制信号+原始信号频谱原始信号频谱);%sound(y2); %播放加入噪声后的语音信号播放加入噪声后的语音信号图图 4 加入噪声后的信号与频谱加入噪声后的信号与频谱篇二：基于篇二：基于MATLAB 的语音信号分析与处理的实验报告的语音信号分析与处理的实验报告基于基于 MATLAB 的语音信号分析与处理的实验报告的语音信号分析与处理的实验报告一一.实验目的实验目的综合计运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器综合计运用数字信号处理的理论知
13、识进行频谱分析和滤波器设设计，通过理论推导得出相应的结论，培养发现问题、分析问计，通过理论推导得出相应的结论，培养发现问题、分析问题和解决问题的能力。并利用题和解决问题的能力。并利用 MATLAB 作为工具进行实现，从而作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。此外，还系统的学习和并从实践上初步实现对数字信号的处理。此外，还系统的学习和实现对语音信号处理的整体过程，从语音信号的采集到分析、处实现对语音信号处理的整体过程，从语音信号的采集到分析、处理、频谱分析、显示
14、和储存。理、频谱分析、显示和储存。二二.实验的基本要求实验的基本要求1.进一步学习和巩固进一步学习和巩固 MATLAB 的使用，掌握的使用，掌握 MATLAB 的程序设的程序设计方法。计方法。2.掌握在掌握在 windows 环境下语音信号采集的方法。环境下语音信号采集的方法。3.掌握数字信号处理的基本概念、基本理论、原理和基本方法。掌握数字信号处理的基本概念、基本理论、原理和基本方法。4.掌握掌握 MATLAB 设计设计 FIR 和和 IIR 数字滤波器的方法。数字滤波器的方法。 5.学会用学会用MATLAB 对信号进行分析和处理。对信号进行分析和处理。三实验内容三实验内容录制一段自己的语音
15、信号，录制一段自己的语音信号， （语音信号声音可以理解成由振幅（语音信号声音可以理解成由振幅和相位随时间缓慢变化的正弦波构成。人的听觉对声音的感觉特和相位随时间缓慢变化的正弦波构成。人的听觉对声音的感觉特征主要包含在振幅信息中，相位信息一般不起作用。在研究声音征主要包含在振幅信息中，相位信息一般不起作用。在研究声音的性质时，往往把时域信息（波形图）变换得到它的频域信息的性质时，往往把时域信息（波形图）变换得到它的频域信息（频谱）（频谱） ，通过研究频谱和与频谱相关联的特征获得声音的特性。，通过研究频谱和与频谱相关联的特征获得声音的特性。）并对录制的信号进行）并对录制的信号进行采样；画出采样后语
16、音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法或者双线性变换设计滤波器，并画出的性能指标，采用窗函数法或者双线性变换设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号发生的变化；回放语音信号。进行对比，分析信号发生的变化；回放语音信号。四实验的实现四实验的实现（1）.语音信号的采集语音信号的采集采用采用 windows 下的录音机或者手机、其他的软件，录制一段下的录音机或者手机、其他的软件，录制一段自己的话音，时间控制在一分钟左右；然后在自己的话音，时间控制在一分钟左右；然后在 MATLAB 软件平台软件平台下，利用函数下，利用函数 wavread 对自己的话音进行采样，记住采样的频率对自己的话音进行采样，记住采样的频率和采
