《MATLAB課程設計》報告DOC

《MATLAB課程設計》報告DOC《MATLAB課程設計》報告DOC/《MATLAB課程設計》報告DOC《MATLAB課程設計》報告設計題目：鑒于MATLAB的語音信號收集與辦理學生姓名：學生學號：專業(yè)班級：光信息科學與技術辯論時間：2013年12月指導教師：馮明庫廣東技術師范學院電子與信息學院一、設計目的及意義1.MATLAB

軟件功能簡介MATLAB的名稱源自

MatrixLaboratory,1984

年由美國

Mathworks

企業(yè)推向市場。它是一種科學計算軟件，特意以矩陣的形式辦理數(shù)據(jù)。MATLAB將高性能的數(shù)值計算和可視化集成在一同，并供給了大批的內(nèi)置函數(shù)，進而被寬泛的應用于科學計算、控制系統(tǒng)和信息辦理等領域的剖析、仿真和設計工作。MATLAB軟件包含五大通用功能，數(shù)值計算功能（Nemeric）、符號運算功能（Symbolic）、數(shù)據(jù)可視化功能（Graphic）、數(shù)字圖形文字一致辦理功能（Notebook）和建模擬真可視化功能（Simulink）。此中，符號運算功能的實現(xiàn)是經(jīng)過懇求MAPLE內(nèi)核計算并將結(jié)果返回到MATLAB命令窗口。該軟件有三大特色，一是功能強盛；二是界面友好、語言自然；三是開放性強。當前，Mathworks企業(yè)已推出30多個應用工具箱。MATLAB在線性代數(shù)、矩陣剖析、數(shù)值及優(yōu)化、數(shù)值統(tǒng)計和隨機信號剖析、電路與系統(tǒng)、系統(tǒng)動力學、次那好和圖像辦理、控制理論剖析和系統(tǒng)設計、過程控制、建模和仿真、通訊系統(tǒng)以及財政金融等眾多領域的理論研究和工程設計中獲得了寬泛應用。MATLAB在信號與系統(tǒng)中的應用主要包含符號運算和數(shù)值計算仿真剖析。因為信號與系統(tǒng)課程的很多內(nèi)容都是鑒于公式演算，而MATLAB借助符號數(shù)學工具箱供給的符號運算功能，能基本知足信號與系統(tǒng)課程的需求。比如解微分方程、傅里葉正反變換、拉普拉斯正反變換和z正反變換等。MATLAB在信號與系統(tǒng)中的另一主要應用是數(shù)值計算與仿真剖析，主要包含函數(shù)波形繪制、函數(shù)運算、沖擊響應與階躍響應仿真剖析、信號的時域剖析、信號的頻譜剖析、系統(tǒng)的S域剖析和零極點圖繪制等內(nèi)容。數(shù)值計算仿真剖析能夠幫助學生更深入地理解理論知識，并為未來使用MATLAB進行信號辦理領域的各樣剖析和實質(zhì)應用打下基礎。此題目的意義本次課程設計的課題為《鑒于MATLAB的語音信號收集與辦理》，學會運用MATLAB的信號辦理功能，收集語音信號，并對語音信號進行濾涉及變換辦理，察看其時域和頻域特征，加深對信號辦理理論的理解，并為此后嫻熟使用MATLAB進行系統(tǒng)的剖析仿真和設計確立基礎。此次實習課程主假如為了進一步熟習對matlab軟件的使用，以及學會利用matlab對聲音信號這類實質(zhì)問題進行辦理，將理論應用于實質(zhì)，加深對它的理解。二、設計任務及指標利用MATLAB對語音信號進行剖析和辦理，收集語音信號后，利用MATLAB軟件平臺進行頻譜剖析；并對所收集的語音信號加入擾亂噪聲，對加入噪聲的信號進行頻譜剖析，設計適合的濾波器濾除噪聲，恢還原信號。語音信號的“短時譜”關于非安穩(wěn)信號,它是非周期的,頻譜隨時間連續(xù)變化,所以由傅里葉變換獲得的頻譜沒法獲知其在各個時刻的頻譜特征。假如利用加窗的方法從語音流中拿出此中一個短斷,再進行傅里葉變換,就能夠獲得該語音的短時譜。。三、設計過程(1).語音信號的收集及剖析鑒于聲卡進行數(shù)字信號的收集。將話筒插入計算機的語音輸入插口上,啟動錄音機。按下錄音按鈕，對話筒說話,說完后停止錄音。要保存文件時,利用了計算機上的A/D變換器,把模擬的聲音信號變?yōu)榱耸⒌牧炕说臄?shù)字信號,放音時,它又經(jīng)過D/A變換器,把保存的數(shù)字數(shù)據(jù)恢復為本來的模擬的聲音信號。在Matlab軟件平臺下能夠利用函數(shù)wavread對語音信號進行采樣,獲得了聲音數(shù)據(jù)變量x1,同時把x1的采樣頻次fs=22050Hz和數(shù)據(jù)位Nbits=16Bit放進了MATALB的工作空間。圖figure1為原始語音信號的時域圖形。從圖中能夠看出在時域環(huán)境下,信號體現(xiàn)出6不規(guī)則的信號峰值。經(jīng)過freqz函數(shù)繪制原始語音信號的頻次響應圖figure2。而后對語音信號進行頻譜剖析,在Matlab中能夠利用函數(shù)fft對信號行迅速傅里葉變換,獲得信號的頻譜圖figure3，從圖中能夠看出對各個頻點上的隨機信號在頻域進行抽樣,抽樣頻次為22050Hz。(2).給原始信號加上一個高頻噪聲在Matlab中人為設計一個固定頻次5500Hz的噪聲擾亂信號。噪聲信號往常為隨機序列,在本設計頂用正弦序列取代,擾亂信號建立命令函數(shù)為d=[Au*sin(2*pi*5500*t)]',給出的擾亂信號為一個正弦信號，針對上邊的語音信號,收集了此中一段。再對噪音信號進行頻譜變換獲得其頻譜圖,從圖中能夠看出擾亂信號，在4000Hz和6000Hz頻點處有一頂峰,此中5500Hz正是本設計所要利用的。(3).設計一個濾波器，濾除高頻噪聲由模擬濾波器變換為數(shù)字濾波器時,采納的是雙線性變換法,它保存的是從模擬到數(shù)字域的系統(tǒng)函數(shù)表示。在濾波器的選用時,因為設計方法的重視點不一樣,作出比較是困難的。假如FIR濾波器狀況下,最優(yōu)的設計將是橢圓濾波器。用雙線性變換法設計低通濾波器。的本設計是用雙線性變換法設計BW帶阻型濾波器。在MATLAB中,能夠利用函數(shù)butterworth,設計FIR濾波器,利用MATLAB中的函數(shù)freqz畫出各濾波器的頻次響應。用設計好的帶阻濾波器對含噪語音信號進行濾波,在Matlab中FIR濾波器利用函數(shù)fftfilt對信號進行濾波,FIR濾波器利用函數(shù)filter對信號進行濾波。在一個窗口同時畫出濾波前后的波形及頻譜。從圖中能夠看出,5500Hz看到的頂峰消逝了,語音信號與開始的同樣,濾波器成功的濾除了擾亂信號。利用MATLAB對語音信號進行剖析和辦理，收集語音信號后，利用MATLAB軟件平臺進行頻譜剖析；并對所收集的語音信號加入擾亂噪聲，對加入噪聲的信號進行頻譜剖析，設計適合的濾波器濾除噪聲，恢還原信號。四、結(jié)論及剖析．用MATLAB對原始語音信號進行剖析，畫出它的時域波形和頻譜程序：fs=22050;

%

語音信號采樣頻次為

22050x1=wavread('C:\Documents

and

桌面

聲音文件.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量x1，sound(x1,22050);%播放語音信號y1=fft(x1,1024);%對信號做1024點FFT變換f=fs*(0:511)/1024;%將0到511，步長為1的序列的值與fs相乘并除以1024的值，賦值給ffigure(1)%創(chuàng)立圖形窗1plot(x1)%做原始語音信號的時域圖形title('原始語音信號');xlabel('timen');

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軸的名字是“

timen

”ylabel('fuzhin');

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軸的名字是“

fuzhin

”figure(2)freqz(x1)

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繪制原始語音信號的頻次響應圖title('頻次響應圖')figure(3)subplot(2,1,1);plot(abs(y1(1:512)))

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創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第1個畫圖區(qū)間做原始語音信號的FFT頻譜圖title('原始語音信號FFT頻譜')subplot(2,1,2);plot(f,abs(y1(1:512)));%abs是絕對值，plot是直角坐標下線性刻度曲線title('原始語音信號頻譜')xlabel('Hz');ylabel('幅值');時域波形和頻譜：圖1原始語音信號圖2語音信號頻次響應圖圖3原始語音信號FFT與信號頻譜給原始的語音信號加上一個高頻余弦噪聲，頻次為5500hz。對加噪后的語音進行剖析，并畫出其信號時域和頻譜圖。程序：fs=22050;x1=wavread('C:\Documentsand桌面聲音文件.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量x1f=fs*(0:511)/1024;%將0到511，步長為1的序列的值與fs相乘并除以1024的值，賦值給ft=0:1/fs:(length(x1)-1)/fs;%將0到x1的長度減1后的值除以fs的值，且步長為1/fs的值，的序列的值，給予tAu=;%噪聲幅值d=[Au*sin(2*pi*5500*t)]';%所加的噪聲是正弦信號x2=x1+d;%將正弦信號噪聲加在語音信號上sound(x2,22050);%播放語音信號y1=fft(x1,1024);%對信號y1做1024點FFT變換y2=fft(x2,1024);%對信號y2做1024點FFT變換figure(1);%創(chuàng)立圖形窗1plot(t,x2);%做加噪后的信號時域圖形（繪出t對x2的線性圖）title('加噪后的信號');xlabel('timen');%x軸的名字是“timen”ylabel('fuzhin');%y軸的名字是“fuzhin”figure(2)%創(chuàng)立圖形窗2subplot(2,1,1);%創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第1個畫圖區(qū)間plot(f,abs(y1(1:512)));%做原始語音信號的頻譜圖title('原始語音信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');subplot(2,1,2);plot(f,abs(y2(1:512)));

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軸的名字是“timen”軸的名字是“fuzhi”創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第2個畫圖區(qū)間做加噪后的語音信號的頻譜圖（abs是絕對值，plot是直角坐標下線性刻度曲線）title('加噪后的信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');

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軸的名字是“軸的名字是“

timenfuzhi

””時域波形和頻譜：圖4加噪后的信號時域圖圖5原始信號與加噪后信號頻譜對照與原始信號對照，差別：先原始信號沒加噪音從前0到2000有幅值，在4000到6000之間沒有幅值，可是在加了噪音以后4000到6000之間出現(xiàn)最大幅值12，高出正常值。如圖5原始信號與加噪后信號頻譜對照圖所示。設計適合的濾波器，濾除高頻噪聲，繪出濾波后的信號頻域和時域波形：程序：%用雙線性變換法設計巴特沃思低通濾波器wp=*pi;%通帶截止頻次ws=*pi;%阻帶截止頻次Rp=1;%通帶最大衰減（db）Rs=15;%阻帶最大衰減（db）Fs=22050;Ts=1/Fs;wp1=2/Ts*tan(wp/2);%將模擬指標變換成數(shù)字指標ws1=2/Ts*tan(ws/2);%將模擬指標變換成數(shù)字指標[N,Wn]=buttord(wp1,ws1,Rp,Rs,'s');%選擇濾波器的最小階數(shù)（估量獲得Butterworth低通濾波器的最小階數(shù)N和3dB截止頻次Wc）[Z,P,K]=buttap(N);%創(chuàng)立Butterworth低通濾波器原型[Bap,Aap]=zp2tf(Z,P,K);%將零極點增益變換為廣泛分子，分母[b,a]=lp2lp(Bap,Aap,Wn);%將廣泛的分子和分母變換為以Wn為截止頻次[bz,az]=bilinear(b,a,Fs);%用雙線性變換法實現(xiàn)模擬濾波器到數(shù)字濾波器的變換（模擬變換為數(shù)字）[H,W]=freqz(bz,az);%求頻次響應figure(9)plot(W*Fs/(2*pi),abs(H))%繪制Butterworth低通濾波器頻次響應曲線grid%增添圖格xlabel('頻次／Hz')ylabel('頻次響應幅度')title('Butterworth')f1=filter(bz,az,z);%利用上邊已做好的濾波器（已bz和az為特色的濾波器）對x2信號進行濾波，賦值給f1figure(10)subplot(2,1,1)%創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第1畫圖區(qū)間plot(t,z)%做加噪后的信號時域圖形title('濾波前的時域波形');subplot(2,1,2)%創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第2畫圖區(qū)間plot(t,f1);title('濾波后的時域波形');sound(f1,22050);%播放語音信號p=length(f1);F0=fft(f1,p);f=0:fs/p:fs*(s-1)/p;figure(11)y2=fft(z,1024);%對信號y2做1024點FFT變換subplot(2,1,1);%創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第1畫圖區(qū)間plot(f,abs(y4));title('濾波前的頻譜')xlabel('Hz');%x軸的名字是“Hz”ylabel('fuzhi');%y軸的名字是“fuzhi”subplot(2,1,2)F1=plot(f,abs(F0));title('濾波后的頻譜')xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');時域波形和頻譜：圖6低通濾波器頻次響應曲線圖7濾波前后時域波形圖圖8濾波前后頻譜圖與原噪音信號對照，差別：經(jīng)過對照剖析可知，濾波后的輸出波形和原始語音加噪聲信號的圖形發(fā)生了一些變化，在3000-6000Hz之間的信號消逝，出現(xiàn)0-1000和7000-8000之間的信號。濾波后的輸出波形顯然在對應時間幅度比原語音加噪聲信號的要小，并且濾波的成效也與濾波器的選擇相關，能夠看出濾波器的性能差別以及參數(shù)的調(diào)理會對濾波器產(chǎn)生必定的影響，并且經(jīng)過回放能夠發(fā)現(xiàn)濾波前后的聲音有變化.低通濾波后,已很靠近本來的聲音，人耳幾乎鑒別不出。從頻譜圖中我們還能夠看出聲音的能量信號主要集中在低頻部分，說明高頻語音信號被濾出，濾波器達到既定要求。五、設計領會正所謂“紙上得來終覺淺，覺知此事要躬行?！睂W習任何知識，僅從理論上去求知，而不去實踐、探究是不夠的。所以在學期末到臨之際，我們迎來了MATLAB課程設計。經(jīng)過為期一周半的MATLAB課程設計，我對MATLAB這個仿真軟件有了更進一步的認識和認識。在這一周半時間里，我經(jīng)過自己探究，查閱資料，并且在老師的指導下達成了：語音信號的收集及剖析；給原始信號加上一個高頻噪聲；設計一個濾波器，濾除高頻噪聲；并最后將課程設計報告總結(jié)完成。在整個設計過程中我懂得了很多東西，也培育了獨立思慮和設計的能力，建立了對知識應用的信心，相信會對此后的學習工作和生活有特別大的幫助，并且提升了自己的著手實踐操作能力，使自己充分領會到了在設計過程中的成功愉悅。固然這個設計做的不怎么好，可是在設計過程中所學到的東西是此次課程設計的最大收獲和財產(chǎn)，使我終生得益。在沒有做課程設計從前，感覺課程設計不過對知識的純真總結(jié)，可是經(jīng)過此次課程設計發(fā)現(xiàn)自己的見解有點太片面，課程設計不單是對前面所學知識的一種查驗，也是對自己能力的一種提升，經(jīng)過此次課程設計使自己理解了本來的那點知識是特別短缺的，要學習的東西還好多，經(jīng)過此次課程設計，理解學習是一個長久累積的過程，在此后的工作和生活中都應當不停的學習，努力提升自己的知識和綜合素質(zhì)。希望此后像這樣的課程設計在多一點。參照文件：姚東.MATLAB及在電子信息課程中的應用[M].第二版.北京：北京電子工業(yè)第一版社,2000張智星.MATLAB程序設計與應用.北京：清華大學第一版社，2002陳懷琛.MATLAB及其在理工課程中的應用指南.西安：西安電子科技大學第一版社，肖偉、劉忠.MATLAB程序設計與應用[M].北京：清華大學第一版社2005程序清單：fs=22050;%語音信號采樣頻次為22050x1=wavread('C:\Documentsand桌面聲音文件.wav');%讀取語音信號的數(shù)據(jù)，賦給變量x1，sound(x1,22050);%播放語音信號y1=fft(x1,1024);%對信號做1024點FFT變換f=fs*(0:511)/1024;%將0到511，步長為1的序列的值與fs相乘并除以1024的值，賦值給ffigure(1)%創(chuàng)立圖形窗1plot(x1)%做原始語音信號的時域圖形title('原始語音信號');xlabel('timen');

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軸的名字是“timen”軸的名字是“fuzhi”創(chuàng)立兩行一列畫圖區(qū)間的第2個畫圖區(qū)間做加噪后的語音信號的頻譜圖（abs是絕對值，plot是直角坐標下線性刻度曲線）title('加噪后的信號頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');

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