MATLAB 在数字信号中的应用

文刀慧明 · 发表于 2006-6-27 20:37

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摘要：录制一段个人的语音信号，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，采用窗函数法和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，设计一个信号处理系统界面。
 
 
 
 
 
目录 ：
1. 摘要
1.1题目
1.2摘要说明
1.3对MATLAB的认识
2. 正文
 2.1实验内容 
2.1.1语音信号的采集和滤波器性能指标
2.1.2 根据低通滤波器性能指标设计低通滤波器
2.1.3 根据高通滤波器性能指标设计高通滤波器
2.1.4 根据带通滤波器性能指标设计带通滤波器
2.1.5用滤波器对语音信号进行滤波并输出波形
2.1.6语音回放
2.1.7设计系统界面
2.2实习结论
2.2.1实习总结
2.2.2实习感想与收获
3. 谢辞
4. 参考文献
 
 
1. 绪论
本报告采用“录制采集语音信号；对录制的信号进行采样；绘制采样后语音信号的时域波形和频谱图；设计滤波器，并画出滤波器的频率响应；运用所设计的滤波器对采集的信号进行滤波，绘制滤波后信号的时域波形和频谱，设计一个信号处理系统界面。”的先后顺序的顺序设计思路编写的。
2.语音信号的采集。
利用windows自带的录音机，录制一段语音，时间在1s以内。然后在matlab平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样。通过wavread函数的使用，理解采样频率，采样位数。其程序如下：
[y,fs,bits]=wavread('e:\wcl.wav',[1024 63500]);
sound(y,fs,bits);
3.语音信号的频谱分析
利用MATLAB首先画出语音信号的时域波形；然后对语音进行快速傅立叶变换，得到信号的频谱特性，从而加强对频谱特性的理解。
其程序如下：
Y=fft(y,4096);
figure(1);
plot(y);title('语音信号的时域波形');
figure(2);
freqz(Y);title('语音信号的频普特性');
运行图形为：
<v:shapetype><v:stroke joinstyle="miter"></v:stroke><v:formulas><v:f eqn="if lineDrawn pixelLineWidth 0"></v:f><v:f eqn="sum @0 1 0"></v:f><v:f eqn="sum 0 0 @1"></v:f><v:f eqn="prod @2 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="prod @3 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @0 0 1"></v:f><v:f eqn="prod @6 1 2"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelWidth"></v:f><v:f eqn="sum @8 21600 0"></v:f><v:f eqn="prod @7 21600 pixelHeight"></v:f><v:f eqn="sum @10 21600 0"></v:f></v:formulas><v:path connecttype="rect" gradientshapeok="t" extrusionok="f"></v:path><lock aspectratio="t" v:ext="edit"></lock></v:shapetype><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape><v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>
4.设计数字滤波器和画出其频率响应
给定各滤波器的性能指标如下：
低通滤波器性能指标 fb=1000Hz，fc＝1200Hz， As＝100db，Ap＝1db。
高通滤波器性能指标 fs＝4800Hz，fb＝5000Hz，As＝100db，Ap＝1db。
带通滤波器性能指标 fb1＝1200Hz，fb2＝3000Hz，fc1＝1000Hz，fc2＝3200Hz，As＝100db，Ap＝1db。
4.1双线性变换法设计低通滤波器
clear;close all;
[y,fs,bits]=wavread('e:\wcl.wav',[1024 63500]);
sound(y,fs,bits);
Y=fft(y,4096);
fb=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;fs=22050;
wc=2*fc/fs; wb=2*fb/fs;
[n,wn]=ellipord(wc,wb,Ap,As);
[b,a]=ellip(n,Ap,As,wn);
figure(1);
freqz(b,a,512,fs);
x=filter(b,a,y);
X=fft(x,4096);
figure(2);
subplot(2,2,1);plot(y);title('滤波前信号波形');
subplot(2,2,2);plot(Y);title('滤波前信号频谱');
Subplot(2, 2 ,3);plot(x);title('滤波后信号波形');
Subplot(2, 2 ,4);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');
sound(x,fs,bits);
其运行图形如下图：
<v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>
4.2用双线性变换法设计高通滤波器
clear;close all
[y,fs,bits]=wavread('e:\wcl.wav',[1024 63500]);
sound(y,fs,bits);
Y=fft(y,4096);
fs=4800,fb=5000,As=100,Ap=1,fc=22050;
ws=2*fs/fc;wb=2*fb/fc;
[n,wn]=ellipord(ws,wb,Ap,As);
[b,a]=ellip(n,Ap,As,wn);
figure(1);
freqz(b,a,fc);
x=filter(b,a,y);
X=fft(x,4096);
figure(2);
subplot(2,2,1);plot(y);title('滤波前信号波形');
subplot(2,2,2);plot(Y);title('滤波前信号频谱');
Subplot(2, 2 ,3);plot(x);title('滤波后信号波形');
Subplot(2, 2 ,4);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱');
sound(x,fs,bits);
其运行图形如下图：
 
<v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>
4.3 用双线性变换法设计带通滤波器设计
clear;close all
[y,fs,bits]=wavread('e:\wcl.wav',[1024 63500]);
sound(y,fs,bits);
Y=fft(y,4096);
fb1=1200;fb2=3000;fc1=1000;fc2=3200;fs=22050;
W1=2*fb1/fs;W2=2*fc1/fs;
W3=2*fb2/fs;W4=2*fc2/fs;
Wp=[W1,W3];
Ws=[W2,W4];
Rp=1;
Rs=100;
[N,wc]=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs) 
[b,a]=ellip(N,Rp,Rs,wc) 
[hw,w]=freqz(b,a); 
x=filter(b,a,y);
X=fft(x,4096);
subplot(2,2,1);plot(y);title('滤波前信号波形');
subplot(2,2,2);plot(Y);title('滤波前信号频谱');
Subplot(2, 2 ,3);plot(x);title('滤波后信号波形');
Subplot(2, 2 ,4);plot(abs(X));title('滤波后信号频谱'); sound(x,fs,bits);
其运行图形如下图：
 
 
<v:shape><v:imagedata></v:imagedata></v:shape>
5. 用滤波器对信号进行滤波。 
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。
6. 比较滤波前后语音信号的波形及频谱。
在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。
其程序如下：
x＝filter（b，a，y）;
X＝fft(x,4096);
subplot(2,2,1);plot(y);title('滤波前信号波形');
subplot(2,2,2);plot(Y);title('滤波前信号频谱');
Subplot(2 2 3);plot(x);title(‘滤波后信号波形’);
Subplot(2 2 4);plot(abs(X));title(‘滤波后信号频谱’); 
其运行图形如下图：
7. 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：sound（x，fs，bits）；可以感觉滤波前后的声音有变化。程序为：sound(x,fs,bits);
8.设计系统界面
为了使编制的程序操作方便，设计处理系统的用户界面。在设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应。
主程序如（main.m）下：
alternation=menu('请选择滤波器','低通滤波器','带通滤波器','高通滤波器','退出');
switch alternation
 case 1,low; main;
 case 2,band; main;
 case 3,high; main;
 case 4,break；
end
运行如右图：<v:shape> <v:imagedata></v:imagedata></v:shape>

wschaoren · 发表于 2006-7-16 19:06

不错啊，谢谢

babyinthesky · 发表于 2006-7-18 09:18

嗯，不错

salvia · 发表于 2006-8-2 22:20

非常好
谢谢了

smallkin · 发表于 2006-8-3 13:25

太好了，楼主，能把你的这篇实习全文共享以下吗？
smallkin@126.com

小黄牛 · 发表于 2013-4-23 14:28

恩，不错

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