基于+MATLAB+的语音信号分析与处理的课程设计
更新时间:2023-12-31 12:32:01 阅读量: 教育文库 文档下载
课程设计(论文)任务书
软件 学 院 06信息工程 专 业 2006-(1) 班
一、课程设计(论文)题目 基于 MATLAB 的语音信号分析与处理的课程设计
二、课程设计(论文)工作自 2008 年 12 月 29 日起至 2009 年 1 月 2 日止。 三、课程设计(论文) 地点: 信息学院机房 四、课程设计(论文)内容要求: 1.本课程设计的目的:
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计,通过理论推导得出相应 结论,再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现,从而加深对所学知识的理解,建 立概念。
2.课程设计的任务及要求 1)基本要求:
① 学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法。 ② 掌握在 Windows 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、基本理论和基本方法。 ④ 掌握 MATLAB 设计 FIR 和IIR 数字滤波器的方法。 ⑤ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。
2)创新要求:
在基本要求达到后,可进行创新设计,如界面优化等。
(1)要按照书稿的规格打印誊写毕业论文
(2)论文包括目录、绪论、正文、小结、参考文献、谢辞、附录等 (3)毕业论文装订按学校的统一要求完成
4)答辩与评分标准: (1)完成原理分析:20分; (2)完成设计过程:40分; (3)完成调试:20分; (4)回答问题:20分。
5)参考文献:
胡广书 数字信号处理-理论、算法与实现(第二版) 清华出版社 陈桂明 应用MATLAB语言处理数字信号与数字图像 科技出版社 程佩青 数字信号处理(第三版) 清华出版社
- 1 -
6)课程设计进度安排
内容 天数 地点
构思及收集资料 1 图书馆 组装与调试 3 实验室
撰写论文 1 图书馆、实验室
学生签名: 时元斌
2008年12月29日
课程设计(论文)评审意见
(1)完成原理分析(20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( ); (2)设计分析 (40分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( ); (3)完成调试 (20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( ); (4)回答问题 (20分):优( )、良( )、中( )、一般( )、差( ); (5)格式规范性及考勤是否降等级:是( )、否( )
评阅人: 职称: 讲师
2009年 月 日
- 2 -
目 录
1.课程设计目的………………………………………………………………(4)
2.课程设计基本要求……………………………………………...………….(4)
3.课程设计内容………………………………………..……………………..(4)
4.课程设计实现……………………………………………………..…..……………(4)
(1)语音信号的采集……………………………………………………..(4)
(2)语音信号的频谱分析………………………………………………..(5)
(3)设计滤波器和画出频率响应………………………………………..(5)
(4)用滤波器对信号进行滤波…………………………………………..(8)
(5)比较滤波前后语音信号的波形及其频谱…………………………..(8)
(6)回放语音信号………………………………………………………..(10)
(7)设计系统界面………………………………………………………..(10)
5、心得体会……………………………………………..……………………..(11)
6、参考文献…………………………………….……………………………..(11)
7、课程设计工作学生调查表…………….…………………………………..(12)
- 3 -
基于 MATLAB 的语音信号分析与处理的课程设计
1.课程设计目的
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计,通过理论推导得出相应结论,再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现,从而加深对所学知识的理解,建立概念。
2.课程设计基本要求 ① 学会 MATLAB 的使用,掌握 MATLAB 的程序设计方法。 ② 掌握在 Windows 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、基本理论和基本方法。 ④ 掌握 MATLAB 设计 FIR 和IIR 数字滤波器的方法。 ⑤ 学会用 MATLAB 对信号进行分析和处理。
3.课程设计内容
录制一段自己的语音信号,并对录制的信号进行采样;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语音信号进行滤波,画出滤波后信号的时域波形和频谱,并对滤波前后的信号进行对比,分析信号的变化;回放语音信号;最后,用 MATLAB 设计一信号处理系统界面。
4.课程设计实现
(1)语音信号的采集
选取一段语音信号,然后在matlab软件平台下,利用wavread函数对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。通过使用wavread函数,理解采样频率、采样位数等概念。
wavread函数调用格式 y=wavread(file),读取file所规定的wav文件,返回采样值放在响亮y中。 [y,fs,nbits]=wavread(file),采样值放在向量y中,fs表示采样频率(hz),nbits表示采样位数。
y=wavread(file,N),读取钱N点的采样值放在向量y中。 y=wavread(file,[N1,N2]),读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。
对语音信号ermiao.wav进行采样其程序如下: [y,fs,nbits]=wavread(‘ermiao’) >> ……
fs =
44100 nbits =
16
y=wavread(file,[20000,65000]) >>
- 4 -
(2)语音信号的频谱分析
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。在matlab中利用fft对信号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性。
其程序如下:
[y,fs,nbits]=wavread(‘ermiao’, [20000,65000]);
sound(y,fs,bits); Y=fft(y,4096);
subplot(211);plot(y);title(‘原始信号波形’); subplot(212);plot(abs(Y));title(‘原始信号频谱’); 程序结果如下图:
原始信号波形10.50-0.5-100.511.522.533.544.5x 10原始信号频谱15010054500050010001500200025003000350040004500
(3)设计滤波器和画出频率响应
根据语音信号的特点给出有关滤波器的新能指标: ① 低通滤波器的性能指标:fp=1000Hz,fc=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB; ② 高通滤波器的性能指标:fp=4800Hz,fc=5000Hz,As=100dB,Ap=1dB; ③ 带通滤波器的性能指标:fp1=1200Hz,fp2=3000hZ,fc1=1000Hz,fc2=3200Hz,
As=100dB,Ap=1dB;
低通
用窗函数设计低通滤波器的程序如下: fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050; wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;
N=ceil((As-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1; beta=0.1102*(As-8.7); Win=Kaiser(N+1,beta);
- 5 -
b=fir1(N,wc,Win);
freqz(b,1,512,fs);
程序运行结果如下图所示:
原始信号波形100Magnitude (dB)0-100-2000200040006000Frequency (Hz)8000100000Phase (degrees)-2000-4000-6000-80000200040006000Frequency (Hz)800010000
用双线性变换设计的低通滤波器的程序如下: fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050; wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;
[n,wn]=ellipord(wp,wc,Ap,As); [b,a]=ellip(n,Ap,As,wn); freqz(b,a,512,fs);
程序运行结果如下图所示:
50Magnitude (dB)0-50-100-1500200040006000Frequency (Hz)8000100000Phase (degrees)-200-400-600-800-10000200040006000Frequency (Hz)800010000
- 6 -
高通
高通滤波器的程序如下: ws1=4800; wp1=5000; wc=22050; wp=wp1/wc; ws=ws1/wc;
[N,Wn]=buttord(wp,ws,1,100); [b,a]=butter(N,Wn,'high') freqz(b,a,521,10000)
程序运行结果如下图所示:
40Magnitude (dB)200-20-40050010001500200025003000Frequency (Hz)350040004500500010000Phase (degrees)50000-5000050010001500200025003000Frequency (Hz)3500400045005000
带通
设计带通滤波器的程序如下: wp1=[1200 3000]; ws1=[1000 3200]; wx=11025; wp=wp1/wc; ws=ws1/wc;
[n,Wn]=cheb1ord(wp,ws,1,100') [b,a]=cheby1(n,1,Wn); freqz(b,a,512,1000)
- 7 -
程序运行结果如下图所示: n =
24
Wn =
0.0544 0.1361
400Magnitude (dB)2000-200-400050100150200250300Frequency (Hz)35040045050010000Phase (degrees)50000-5000050100150200250300Frequency (Hz)350400450500
(4)用滤波器对信号进行滤波
比较两种滤波器的性能,然后用性能较好的滤波器对采集的信号进行滤波。在MATLAB中,FIR咯其利用函数fftfilt对信号进行滤波,IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
(5)比较滤波前后语音信号的波形及其频谱
要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及其频谱, FIR滤波:其程序如下: x=fftfilt(b,a,y);
X=fft(x,4096);
subplot(221);plot(y);title('原始信号波形'); subplot(222);plot(abs(Y));title('原始信号频谱'); subplot(223);plot(x);title('滤波后信号的波形'); subplot(224);plot(abs(X));title('滤波后信号的频谱');
- 8 -
运行结果如下:
原始信号波形10.50-0.5-1024x 10滤波后信号的波形10.50-0.5-105101543210020004000600064原始信号频谱1501005000200040006000滤波后信号的频谱
IIR滤波:其程序如下: x=filter(b,a,y);
X=fft(x,4096);
subplot(221);plot(y);title('原始信号波形');
subplot(222);plot(abs(Y));title('原始信号频谱'); subplot(223);plot(x);title('滤波后信号的波形');
subplot(224);plot(abs(X));title('滤波后信号的频谱'); 运行结果如下:
原始信号波形10.50-0.5-1024x 10滤波后信号的波形10.50-0.5-1024x 1064原始信号频谱150100500640200040006000滤波后信号的频谱1501005000200040006000
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(6)回放语音信号
在MATLAB中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式为: Sound(x,fs,bits)
可以感觉滤波前后的声音变换。
(7)设计系统界面
系统界面-低通滤波器-滤波 后(运行结果):
原始信号波形10.50-0.5-1024x 10滤波后信号的波形10.50-0.5-105101543210020004000600064
原始信号频谱1501005000200040006000滤波后信号的频谱
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