基于matlab的数字音效处理器 - 数字信号处理课设报告

一：应用背景

利用所学习的数字信号处理知识，自己动手制作一个有趣的音效处理系统，看看能不能完成声音的逐渐放大和逐渐衰减、看看能不能让自己的声音发生一些改变（变得尖声尖气或粗声粗气）、看看改变声音播放速度有什么方法等等，你还可以自己想想还有什么有趣的变化，可以通过我们已有的知识让它实现。

作为课程设计，以下要求分为基本必做部分和提高必做部分，在提高部分你可以选择全部内容和部分内容，当然分数值是不一样。

二、基于MATLAB数字音效处理器

2.1：实现步骤

基本要求描述（40分） 1）语音信号的采集（2分）

要求利用Windows下的录音机,录制一段自己的话音,时间在5s内，存为*.WAV的文件。然后在Matlab软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。

2）语音信号的频谱分析（10分）

要求首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性，分析基频。

3）设计数字滤波器和画出其频率响应（10分） 给出各滤波器的性能指标：

(1)低通滤波器性能指标 fb＝1 000 Hz,fc＝1 200 Hz,As＝100 dB,Ap＝1 dB。 (2)高通滤波器性能指标 fc＝4 800 Hz,fb＝5 000 Hz As＝100 dB,Ap＝1 dB。 (3)带通滤波器性能指标 fb1＝1 200 Hz,fb2＝3 000 Hz,fc1＝1 000 Hz,fc2＝3 200 Hz,As＝100 dB,Ap＝1 dB。

4） 用滤波器对信号进行滤波（5分）

要求学生用自己设计的各滤波器分别对采集的信号进行滤波,在Matlab中,FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波,IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。

1

5）比较滤波前后语音信号的波形及频谱（10分）

要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱，做出分析。 6）回放语音信号（1分）

在Matlab中,函数sound可以对声音进行回放。其调用格式：sound(x,fs,bits);可以感觉滤波前后的声音有变化。

7）实现慢录快放和快录慢放功能（2分） 3 提高部分要求（选择60分内容）

8）实现对声音信号放大和衰减功能（10分） 9）实现对录音内容倒播放（30分） 10) 实现混音音效效果（10分） 11）实现回音音效效果（10分） 12）实现男女变声音效效果（30分） 13）设计系统界面（10分）

为了使编制的程序操作方便,要求有能力的学生,设计处理系统的用户界面。

2.2试验程序

基础部分：

clear;clc;close all; %读取声音信号%

[x,fs,nbits]=wavread('bb',16384); %读声音文件 N=length(x); n=[0:N-1];

X= fft(x); %傅里叶变换 Fs=2*fs; %2倍频 T=1/Fs;

f=n/N*Fs; %把点数转换成频率 subplot(2,1,1);

plot(n,x); %画出原声音信号 ylabel('原声音信号');

xlabel('时间/s'); subplot(2,1,2);

plot(f,abs(X)); %画出原声音信号的幅度谱 ylabel('语音的幅度谱'); xlabel('频率/Hz'); % %滤波器设计%

2

% %低通滤波器%

fp1=1000;fs1=1200; %设定低通滤波器通带截止频率和阻带截止频率 wp1=2*fp1/Fs; ws1=2*fs1/Fs;rp=1;as=100;

[N1,wp1]=ellipord(wp1,ws1,rp,as); %计算椭圆低通模拟滤波器的阶数和通带边界频率 [B,A]=ellip(N1,rp,as,wp1); %计算低通滤波器模拟滤波器系统函数系数 y1=filter(B,A,x); %滤波器软件实现 Y1=abs(fft(y1));

% 低通滤波器设计与实现绘图部% figure; freqz(B,A); y1t='y_1(t)'; figure; subplot(2,1,1); t=n*T; plot(t,y1);

xlabel('t/s');ylabel(y1t);

axis([0,t(end),min(y1),1.2*max(y1)])%坐标范围 subplot(2,1,2); plot(f,abs(fft(y1))); %高通滤波器%

fp2=4800;fs2=5000; %设定高通滤波器通带截止频率和阻带截止频率 wp2=2*fp2/Fs; ws2=2*fs2/Fs;rp=1;as=100;

[N2,wp2]=ellipord(wp2,ws2,rp,as); %计算椭圆高通模拟滤波器的阶数和通带边界频率 [B2,A2]=ellip(N2,rp,as,wp2,'high'); %计算高通滤波器模拟滤波器系统函数系数 y2=filter(B2,A2,x); %滤波器软件实现 % 高通滤波器设计与实现绘图部分 figure; freqz(B2,A2); figure; y2t='y_2(t)'; subplot(2,1,1); t=n*T; plot(t,y2);

xlabel('t/s');ylabel(y2t);

axis([0,t(end),min(y2),1.2*max(y2)]) subplot(2,1,2); plot(f,abs(fft(y2))); %带通滤波器%

fpl=1200;fpu=3000;fsl=1000;fsu=3200;

wp3=[2*fpl/Fs,2*fpu/Fs];ws3=[2*fsl/Fs,2*fsu/Fs];rp=1;as=100;

[N3,wp3]=ellipord(wp3,ws3,rp,as); %计算椭圆带通模拟滤波器的阶数和通带边界频率 [B3,A3]=ellip(N3,rp,as,wp3); %计算带通滤波器模拟滤波器系统函数系数 y3=filter(B3,A3,x); %滤波器软件实现 % 带通滤波器设计与实现绘图部分

3

figure;

freqz(B3,A3); y3t='y_3(t)'; figure; subplot(2,1,1); t=n*T; plot(t,y3);

xlabel('t/s');ylabel(y3t);

axis([0,t(end),min(y3),1.2*max(y3)]) subplot(2,1,2); plot(f,abs(fft(y3)));

%播放声音% sound(x,fs); sound(y1,fs); %低通 sound(y2,fs); %高通 sound(y3,fs); %带通 %变速% w=0.8

M=w*fs;%相乘的数为大于一的数为快放，小于一的为慢放 sound(x,M);

提高部分:

%对声音信号放大和衰减% %放大% figure o=10

for xa=1:16384;

p(xa,1)=x(xa,1)*xa*o; end

subplot(2,1,1); plot(x);

xlabel('原始波形') subplot(2,1,2); plot(n/Fs,p); xlabel('变换波形') sound(20*p,fs); %衰减% figure o1=0.9 for xa=1:16384;

p(xa,1)=x(xa,1)/xa*o1; end

subplot(2,1,1); plot(x);

4

xlabel('原始波形') subplot(2,1,2); plot(n/Fs,p); xlabel('变换波形') sound(20*p,fs) %%%倒放 figure w1=x(1:2350); w2=x(2351:3850); w3=x(3851:4850); w4=x(4851:5550); w5=x(5551:8550); w6=x(10000:10150); w7=x(10151:12500); w8=x(12501:16384);

y=[w8;w7;w6;w5;w4;w3;w2;w1]; sound(30*y,fs); %%混频

[x5,fs5,nbits]=wavread('man',16384); %读声音文件 c=10*x+0.5*x5; plot(c)； sound(c); %%%%%%%回声 figure

z=[zeros(1000,1);x];%声音延时

x1=[x;zeros(1000,1)];%使原声音长度与延时后相等 y1=x1+z; plot(y1); sound(10*y1,fs);

%%%%%%%%%%男女声变换%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%男声变女声

[y,fs]=wavread('man');% save Y1 %luyin p=fft(y); xaa=p'; N=1000;

pa=[zeros(1,N),xaa(1:22001),zeros(1,N)]; pu=pa';

Y1=3*real(ifft(pu)); plot(Y1) sound(20*Y1,fs); %%%%%%%%女声变男声

[y,fs]=wavread('bb');% save Y1 %luyin p=fft(y); xaa=p';

5

xab(1:17797)=xaa(1:17797);%取一半 N=3500;

pa=[xab(N:17797),zeros(1,17797)]; pu=pa';

Y2=3*real(ifft(pu)); plot(Y2)

sound(1000*Y1,fs);

2.3 绘图部分：

语音信号的采集

0.1原声音信号0.050-0.05-0.100.20.40.6时间/s0.8120语音的幅度谱1510500200040006000800010000频率/Hz120001400016000

低通滤波器：

6

100)B(d 0udetinag-100M-20000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)0)sereeg(d-500e shaP-100000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)高通滤波器：

0)Bd-100( edut-200nigaM-300-40000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)1500)seerg1000ed( esa500hP000.10.20.30.40.50.60.70.80.91Normalized Frequency (?? rad/sample)带通滤波器：

0.05)(t1y0-0.0500.10.20.30.40.50.60.70.80.91t/s201510500200040006000800010000120001400016000x 10-35)t(2y0-500.10.20.30.40.50.60.70.80.91t/s0.80.60.40.2002000400060008000100001200014000160007

100Magnitude (dB)0.04y3(t)0-100-200-30000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency (?? rad/sample)0.910.020-0.0200.10.20.30.40.50.60.7t/s0.80.911000Phase (degrees)432105000-500-100000.10.20.30.40.50.60.70.8Normalized Frequency (?? rad/sample)0.910200040006000800010000120001400016000

放大：

0.10.050-0.05-0.10x 104200040006000800010000原始波形1200014000160001800010.50-0.5-100.20.40.60.8变换波形11.21.4

衰减：

8

0.10.050-0.05-0.10x 10-3200040006000800010000原始波形12000140001600018000210-1-200.20.40.60.8变换波形11.21.4

倒放：

0.080.060.040.020-0.02-0.04-0.06-0.08-0.1050001000015000

混频：

0.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1020004000600080001000012000140001600018000

回声：

9

0.10.080.060.040.020-0.02-0.04-0.06-0.08-0.1020004000600080001000012000140001600018000

男声变女声：

10.50-0.5-100.51之前波形210-1-200.511.5混频后波形22.5x 1041.522.5x 104

女声变男声：

0.10.050-0.05-0.100.511.52之前波形2.533.5x 10440.10.050-0.05-0.100.511.52混频后波形2.533.5x 104

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三 课设总结： 参考文献

[美]数字信号处理——使用MATLAB[M].西安：西安交通大学出版社，2002.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3fvp.html