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1、数字信号处理 B课程项目实施报告题 目： 数字音效处理器 组 号： 9 任课教师： 方勇 组 长： 13120809 朱凯豪 20% 签名：成 员： 13121104 王国平 20% 签名：成 员： 13122975 费点 20% 签名：成 员： 13120908 陈翔宇 20% 签名：成 员： 13120655 张明星 20% 签名：联系方式： 18702119068 二零一五年十月二十二日2目录目录一、数字信号处理项目选题的内容及思路一、数字信号处理项目选题的内容及思路1、数字音效处理器的设计与要求 42、实现思路 4二、人机交互界面操控二、人机交互界面操控1、Matlab2014 中 G
2、UI 界面42、本次项目制作的 GUI 界面简介 4三、三、8 段数字均衡器的原理与实现方案段数字均衡器的原理与实现方案1、数字均衡器的原理 52、数字均衡器的实现方案 63、数字均衡器的代码及分析 7（1）均衡器 GUI 界面操作和代码 7（2）功能分析 9四、语音识别的工作原理与实现方案四、语音识别的工作原理与实现方案1、语音识别的工作原理92、语音识别的实现方案103、项目的设计过程134、语音部分界面介绍15五、语音去噪五、语音去噪1、语音去噪的原理 162、语音的实现方案 163、语音的代码及分析 16六、问题及收获总结六、问题及收获总结1、问题与解决方案 212、总结和收获 223
3、七、分工情况七、分工情况 23八、参考文献八、参考文献 23 九、完整代码及部分注释九、完整代码及部分注释 234一、数字信号处理项目选题的内容及思路一、数字信号处理项目选题的内容及思路1、数字音效处理器的设计与要求设计一个数字音效处理器，能够实现语音信号的各种音效处理。小组选题内容：（1）输入语音信号源为实际环境采集语音；（2）至少实现 3 种音效处理功能（其中至少包括下述 3 种中的 2 种功能：a、8 段数字均衡；b、项目组 5 人的语音识别；c、环境降噪；（3）用人机交互界面操控、扬声器/耳机输出音效。2、实现思路开始设计项目制作前，我们通过文献和网络，了解 8 段数字均衡器、语音识别
4、环境降噪的原理，并确定实现的方案。我们先用 Matlab 设计三个界面分别为降噪界面、均衡器界面和语音识别界面。然后小组再分工编写各功能代码，并调试与检测代码的功能。完成代码编写后，把代码嵌入设计好的总 GUI 界面，最后调试和检验代码是否实现功能。二、人机交互界面简介二、人机交互界面简介1、Matlab2014 中 GUI 界面Matlab 中图形用户界面（GUI）是一种人与计算机通信的界面显示格式，允许用户使用鼠标等输入设备操纵屏幕上的图标或菜单选项，以选择命令、调用文件、启动程序或执行其它一些日常任务。与通过键盘输入文本或字符命令来完成例行任务的字符界面相比，图形用户界面有许多优点。图形
5、用户界面由窗口、下拉菜单、对话框及其相应的控制机制构成，在各种新式应用程序中都是标准化的，即相同的操作总是以同样的方式来完成，在图形用户界面，用户看到和操作的都是图形对象，应用的是计算机图形学的技术。2、本次项目制作的 GUI 界面简介如图 1 所示，本次项目我们共实现了语音识别、语音降噪和语音均衡三部分功能，界面分别为图 1 中左上、左下和右半部分。录音函数以及图像显示模块适用于三个模块。5图 1 GUI 界面三、三、8 段数字均衡器的原理与实现方案段数字均衡器的原理与实现方案1、数字均衡器的原理均衡器，是一种可以分别调节各段频率成分信号放大量的设备，通过对各种不同频率的信号的调节来补偿扬声
6、器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及其它特殊作用，一般调音台上的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节。在通信系统中，在系带系统中插入均衡器能够减小码间干扰的影响。数字均衡器是用数字信号处理方法来实现的频域或时域均衡器。本次项目制作就是利用 MATLAB2014.a 版本软件，实现八段数字均衡器的设计。数字均衡器的基本功能是调节各频段的信号强弱，为了满足该功能，在本次设计中应当具备下面一些基本功能：（1）WAV 声音信号的录制，保存在本地 PC 内，便于后面读取；（2）WAV 声音信号的读取，即从文件（.wav）读取音频信息；（3）八段数字均衡器设定，分 8 段频率区间，设置
7、GUI 界面滑动条的权值范围等；（4）滤波，包括生成低通、高通、带通、带阻的巴特沃斯、切比雪夫滤波器，并显示滤波器的频率特征曲线； （5）保存， 保存滤波后的音频信息到文件；6（6）播放，播放滤后音频信号并实时显示波形及频谱特性。2、数字均衡器的实现方案针对以上所述要求，本次项目制作我们小组采用了下图的思维：图 2 数字均衡器的模块划分具体的一些实施方法如下：（1）使用 matlab 的录音函数并写入本地 PC。这里录音的采样频率尽量选取大一点，录音质量也会随之提高；（2）设计出对应八个频段的八个带通滤波器，各频率段对应的频率范围如下所示，20100Hz（沉重） 、100200Hz（丰满） 、
8、200500Hz（力度） 、5001KHz（明朗） 、1K2KHz（透亮） 、2K4KHz（尖锐） 、4K8KHz（清脆） 、8K16KHz；（3）对原始信号分八路用八个带通滤波器进行滤波；（4）将八个滤波器的滤波结果加权求和，权值的设计与均衡器的调节要求一致；（5）最后将求和结果进行输出，感觉均衡后的语音处理效果。其中第 3 步中各带通滤波器的输入信号均为原始信号，而不是“串联”地滤波。设原始输入信号为 x（n） ，第 i 路的输出信号为yi（n） ，第 i 路的权值为 ki，均衡器的输出信号为 y（n） ，则有81(n)( )iiiynyk )() 1(.) 1() 2()() 1(.)
9、1() 2()() 1 (NnNnyNnxNnxnxyaabbbyijiiiii（式中ai,bi 为滤波器的参数，N 为滤波器的阶数）73、数字均衡器的代码及分析（1）均衡器 GUI 界面操作和主要代码如图 3 所示，即为本次项目八段均衡器的人机交互时 GUI 界面。操作步骤大致为：先进行录音，输入采样频率 Fs 和录音时间 Time，确定好这俩个参数后即可录音生成 .wav 文件并保存在 PC；然后点击“打开文件”按钮选择需要均衡的.wav 文件，根据“请选择滤波器”提示在下拉按钮中选择 butterworth、cheby1、cheby2和 ellip 四种滤波器的一种类型对信号进行滤波；根
10、据需求调节八个滑动条，确定每个频段所需要均衡的权值大小；点击“选定”按钮，即可开始均衡，再点击“播放”按钮，便可以听到均衡后的语音效果。为了完善 GUI 界面的人性化特点，我们在界面中添加了“重置”按钮用于还原，方便操作。在界面的下方，我们设置了俩块用于显示均衡后语音信号的时域波形图和频谱图，用于分析均衡后信号的改变特征，同时我们还设置了“自动显示”按钮，方便及时观察每一次不同权值的均衡对应的时域波形图和频谱图的变化。图 3 数字均衡器的 GUI 界面主要代码和算法分析如下：handles.fband=20 100 200 500 1000 2000 4000 8000 16000;fband
11、 = handles.fband;8handles.yy = zeros(size(handles.y);nn = length(handles.y);order = 3;for i= 1:8 if get(handles.popufilter,Value) = 2b a=butter(order,2*fband(i:i+1)/handles.Fs); %巴特沃斯数字滤波器 butter(阶数，3db 截止频率的归一化值)；elseif get(handles.popufilter,Value) = 3b a=cheby1(order,0.5,2*fband(i:i+1)/handles.Fs
12、);%切比雪夫一型 cheby1(阶数，通带最大衰减，通带截止频率归一化值)；elseif get(handles.popufilter,Value) = 4b a=cheby2(order,20,2*fband(i:i+1)/handles.Fs); %切比雪夫二型 cheby2(阶数，阻带最小衰减，通带截止频率归一化值)；elseif get(handles.popufilter,Value) = 5b a=ellip(order,0.5,20,2*fband(i:i+1)/handles.Fs);%椭圆滤波器 b,a = ellip(n,Rp,Rs,Wp)end eval(sprintf
13、(k = get(handles.band%d,Value);,i); %从相应 slider 上获取 k 的值，eval 执行括号内表达式，sprintf 获得第 i 的 slider 的值y = (9k-1)/8*filter(b,a,handles.y); %对语音信号进行滤波 在第 i 个频段上的频率进行相应增益。增益范围（0 - 10）handles.yy = handles.yy + y; %将滤波后的输出波形叠加end程序中 y = (9k-1)/8*filter(b,a,handles.y)作用是加权以便下一句的求和，其中 k 是从滚动条中得到的参数，从 0 到 2，但需要的权
14、值是从 0 到 10，令 w 为需要的权，即w0，10 ， 由于实际需要 w 为指数变化，故设为下式形式，三个点三个方程确定a，b，c。 9代入 w0，k0；w1，k1；w10，k2 解得 a1/8，b9，c=-1。通过这种方式便可以实现前面第二部分方法实现中提及的主要功能（3） 、 （4） 。（2）功能分析图 4 数字均衡器的功能实现界面由图 4 可以看出，我们通过调节 8 个滑动条来间接调节我们所需权值，再对 8 个滤波器输出信号 yi（n）累加求和进而能够得到均衡后的输出信号 y（n） 。y（n）的时域波形和频谱显示在 GUI 界面的下方，由图可见，100-200Hz、500-1kHz、1k-2kHz 的权值都大于1，所以这
