采樣定理及在語音變采樣

1、課程名稱數(shù)字信號處理實驗課時4學(xué)時實驗項目名稱和編號采樣定理及在語音變采樣同組者 姓 名實驗?zāi)康膶W(xué)會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設(shè)計方法；掌握在Windows環(huán)境下語音信號采集的方法；掌握數(shù)字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法；設(shè)計型實驗, 創(chuàng)新型實驗實驗環(huán)境MATLAB實驗內(nèi)容和原理1、采樣定理：在進(jìn)行模擬與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣大于最高頻率的2倍時，則采樣之后的數(shù)字信號完整的保留了原始信號中的信息，一般實際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號最高頻率的510倍。2、采樣頻率：采樣頻率是指計算機每秒鐘采樣多少個聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音頻、衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采

2、樣頻率越高，即采樣的時間間隔越短，則在單位時間內(nèi)計算機得到的聲音樣本數(shù)據(jù)越多，對聲音波形的表示也越準(zhǔn)確。3、采樣位數(shù)與采樣頻率： 采樣位數(shù)即采樣值或取樣值,用來衡量聲音波動變化的參數(shù),是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數(shù)字聲音信號的二進(jìn)制位數(shù)。采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù),采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。采樣位數(shù)和采樣率對于音頻接口來說是最為重要的兩個指標(biāo)。無論采樣頻率如何,理論上來說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號越精確。4、利用MATLAB對語音信號進(jìn)行分析和處理：采集語音信號后，利用MATLAB軟件平臺進(jìn)行頻譜分析；并對所采

3、集的語音信號加入干擾噪聲，對加入噪聲的信號進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計合適的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號。5、語音信號的濾波示意圖： +濾波器Matlab頻譜顯示語音信號噪聲揚聲器實驗步驟方 法關(guān)鍵代碼一、語音信號的采集與分析二、利用余弦函數(shù)構(gòu)造一個高頻噪聲三、設(shè)計合適的濾波器，濾除高頻噪聲四、程序設(shè)計及仿真圖形4.1用Matlab對原始語音信號進(jìn)行分析clear;y,fs,bits=wavread('C:22.wav'); %x語音數(shù)據(jù)fs采樣頻率bits采樣點數(shù) sound(y,fs,bits); %話音回放n = length (y) ; %求出語音信號的長度Y=fft(y,n);

4、%傅里葉變換subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信號波形'); subplot(2,1,2); plot(abs(Y);title('原始信號頻譜')4.2、 給原始的語音信號加上一個高頻余弦噪聲，頻率為（22050hz）。%加噪聲fs=22050;x=wavread('C:22.wav');f=fs*(0:511)/1024;Au=0.03;t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;d=Au*cos(2*pi*5000*t);x2=x+d' d' y2=fft(x2,1024);

5、figure(1);plot(t,x2)title('加噪后的信號');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');figure(2)subplot(2,1,1);plot(f,abs(y2(1:512); %plot(f,abs(y1(1:512); title('原始語音信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');subplot(2,1,2);plot(f,abs(y2(1:512);title('加噪后的信號頻譜');xla

6、bel('Hz');ylabel('fuzhi');(接上頁)實驗步驟方 法關(guān)鍵代碼4.3、 設(shè)計合適的濾波器，濾除高頻噪聲，繪出濾波后的信號頻域和時域波形：程序：%用雙線性變換法設(shè)計巴特沃思低通濾波器雙線性變換法低通濾波器fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;ffs=22050; wc=2*fc/ffs;wp=2*fp/ffs; n,wn=ellipord(wp,wc,Ap,As);%求階數(shù)N 和通帶截止頻率 num,den=ellip(n,Ap,As,wn);%設(shè)計橢圓濾波器 freqz(num,den,256,ffs);%畫出頻率響應(yīng)對噪

7、音進(jìn)行濾波：x=filter(num,den,y);%濾波 X=fft(x,4096);%FFT subplot(211),plot(x); title('濾波后信號波形'); subplot(212),plot(abs(X); title('濾波后信號頻譜');4.4、雙線性變換法的帶通濾波器和對噪音濾波fp=3000,8000;fc=1000,10000;Ap=1;As=100;ffs=22050 wc=2*fc/ffs;wp=2*fp/ffs; n,wn=ellipord(wp,wc,Ap,As); num,den=ellip(n,Ap,As,wn); f

8、reqz(num,den,256,ffs);進(jìn)行濾波：x=filter(num,den,y);%濾波 X=fft(x,4096);%FFT subplot(211),plot(x); title('濾波后信號波形'); subplot(212),plot(abs(X); title('濾波后信號頻譜');測試記錄分 析結(jié) 論4.1、它的時域波形和頻譜4.2、 對加噪后的語音進(jìn)行分析，并畫出其信號時域和頻譜圖。4.3、 設(shè)計合適的濾波器，濾除高頻噪聲，繪出濾波后的信號頻域和時域波形：雙線性變換法低通濾波器對噪音進(jìn)行濾波后圖形：4.4、雙線性變換法的帶通濾波器和對噪

9、音濾波濾波后小 結(jié)進(jìn)一步加深了對語音信號的了解和熟練了對Matlab的使用, 讓我對通信原理這門課程有了更加濃厚的興趣。 因為以前都是基于課本上所學(xué)的理論知識，然而通過這次課程設(shè)計之后才能真正理解其意義。在這次課程實驗的過程中，我遇到不少的問題,比如剛開始,要錄音的時候，沒有選擇正確的頻率，導(dǎo)致在運行程序的時候，無法調(diào)用聲音，經(jīng)過后來的改正才可以。還有剛開始由于對濾波器的濾波原理并不是很了解, 于是我又翻出學(xué)過的數(shù)字信號處理課本,認(rèn)真研究起各種濾波器,這才使我明白了大多數(shù)濾波器是如何工作,不再單單只是懂理論,理論與實際相結(jié)合是很重要的, 只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來,從理論中得出結(jié)論?？偟膩碚f,通過這次的課程設(shè)計我對語音信號有了全面的認(rèn)識,對Matlab的知識又有了深刻的理解,