聲音的延時和混響仿真

1、課程設(shè)計任課程設(shè)計任務(wù)書務(wù)書 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 專業(yè)班級：專業(yè)班級： 通通信信 0 09 90 06 6 班班 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 黃錚黃錚 工作單位：工作單位： 信息工程學(xué)信息工程學(xué)院院 題題 目目:聲音的延時聲音的延時和混響仿真和混響仿真 初始條件初始條件：MATLAB 軟件，電腦 要求完成的要求完成的主要任務(wù)主要任務(wù): : 1.錄制一段自己的語音信號，時間控制在1s 左右，并對錄制的信號進(jìn)行采樣。語音信號的頻譜 分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。 2.將信號加入延時和混響，并與原始信號頻譜進(jìn)行比較。 3.設(shè)計單回聲濾波器，多重回聲濾波器，無限個回聲濾波器，全通結(jié)構(gòu)的混響器

2、，并畫出濾波 器的頻域響應(yīng)。用濾波器對語音信號進(jìn)行濾波。畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前 后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化。 4.回放語音信號。 時間安排時間安排： 序序 號號 階段內(nèi)容階段內(nèi)容所需時間所需時間 1 查閱資料2 天 2 各部分編程3 天 4 調(diào)試程序2 天 5 GUI 設(shè)計3 天 答辯1 天 合 計11 天 指導(dǎo)教師簽指導(dǎo)教師簽名：名： 20122012 年年 月月 日日 系主任（或責(zé)任教師系主任（或責(zé)任教師）簽名：）簽名： 2012 年年 月月 日日 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計報告 摘要 數(shù)字信號處理(Digital Signal Processing)技術(shù)，從

3、 20 世紀(jì)60 年代以來，隨著 計算機(jī)科學(xué)和信息科學(xué)發(fā)展，數(shù)字處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得以快速發(fā)展。 語言是 人們進(jìn)行信息溝通的主要方式之一，它具有直接、自然、方便等優(yōu)點。語音則 是語言的物理層表達(dá)方式。語音處理主要是對語音進(jìn)行機(jī)器處理，以達(dá)到傳輸、 自動識別、機(jī)器理解等目的。進(jìn)行了語音處理過程的濾波、采樣、傅立葉變換 和譜包絡(luò)提取的算法實現(xiàn)研究，討論了在算法的 DSP實現(xiàn)方法， Matlab 語言是一種廣泛應(yīng)用于工程計算及數(shù)值分析領(lǐng)域的新型高級語言, Matlab 功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)、編程效率高。特別是 Matlab 還具有信號分析工 具箱, 不需具備很強(qiáng)的編程能力, 就可以很方便地進(jìn)行信號分析

4、、處理和設(shè)計 關(guān)鍵詞 語音信號處理 MATLAB 語言 濾波器 頻譜分析 GUI 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計報告 I Abstract Digital Signal Processing (Digital Signal Processing) technology from the 1960s,along with the development of computer science and information science, digital processing techniques have emerged and to rapid development. Language

5、is the communication of people to one of the main, it has a direct, natural, and easy. Voice is the language of the physical layer of expression. Voice processing machines mainly for voice processing, in order to achieve transmission, automatic recognition, machine understanding of other purposes. F

6、or voice processing filtering, sampling, Fourier transform and spectral envelope extraction algorithm research, discusses the implementation of DSP algorithms, Matlab language is a widely used engineering calculation and numerical analysis of the field of new high-level language, Matlab powerful, ea

7、sy to learn, programming and high efficiency. Matlab also has a particular signal analysis toolbox, need not have strong programming skills, you can easily carry out signal analysis, processing and design Keywords Speech signal processing Spectral analysis of MATLAB Filter Spectrum analysis Graphica

8、l User Interface 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 目 錄 摘要.I ABSTRACT.II 1.引言.5 1.1 簡介 .5 1.2 設(shè)計任務(wù)及要求 .6 2 設(shè)計原理.7 2.1 語音信號的采樣 .7 2.2 時域分析 .7 2.3 頻域分析 .8 2.4 延時 .8 2.5 混響 .9 2.6 濾波器的設(shè)計 .10 2.7 圖形用戶界面的設(shè)計 .10 3 設(shè)計步驟.12 3.1 總體設(shè)計流程圖 .12 3.2 詳細(xì)設(shè)計 .13 3.2.1 語音的錄制 .13 3.2.2 原始信號 .13 3.2.3 延時 .14 3.2.4 混響 .15 3.2.5 單

9、回聲濾波器 .17 3.2.6 多回聲濾波器 .18 3.2.7 無限回聲濾波器 .19 3.2.8 全通濾波器 .21 4 圖形用戶界面的設(shè)計 .23 4.1 GUI 布局.23 4.2 設(shè)置屬性 .23 4.3 編程 .24 4.4 運(yùn)行結(jié)果 .24 5 總結(jié) .2 參考文獻(xiàn).3 附錄.4 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 1.引言 1.1 簡介 數(shù)字信號處理主要是研究用數(shù)字或符號序列表示和處理信號。處理的目的 可以是削弱信號中的多余內(nèi)容，濾除混雜的噪聲和干擾，或者是將信號變換為 容易分析和識別的形式，便于估計和選擇它的特征參數(shù)。 語音信號分析是語音信號處理的前提和基礎(chǔ)，

10、只有分析出可表示語音信號 本質(zhì)特征的參數(shù)，才有可能利用這些參數(shù)進(jìn)行高效的語音通信、語音合成和語 音識別等處理。而且，語音合成的音質(zhì)好壞，語音識別率的高低，也都取決于 對語音信號分橋的準(zhǔn)確性和精確性。因此語音信號分析在語音信號處理應(yīng)用中 具有舉足輕重的地位。根據(jù)所分析出的參數(shù)的性質(zhì)的不同，可將語音信號分析 分為時域分析、頻域分析、倒領(lǐng)域分析等；時域分析方法具有簡單、計算量小、 物理意義明確等優(yōu)點，但由于語音信號最重要的感知特性反映在功率譜中，而 相位變化只起著很小的作用，所以相對于時域分析來說頻域分析更為重要。本 文將簡要介紹時域分析、頻域分析。 聲音信號是一維連續(xù)信號,而計算機(jī)只能處理離散信號

11、。為了從離散信號還 原連續(xù)信號,根據(jù)采樣定理,可以確定采樣頻率的最小值。wav 文件是一種數(shù)字 聲音文件格式,本課程設(shè)計基于 Matlab 分析了 wav 聲音文件頻譜與聲音的關(guān)系。 通過采集個人的一段聲音進(jìn)行頻譜分析等處理，然后設(shè)計數(shù)字濾波器處理這個 原始聲音的 wav 文件,并比較濾波以后輸出聲音信號與原聲音信號的異同。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 1.2 設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計任務(wù)： (1)利用 Windows 下的錄音機(jī)或其他軟件，錄制一段自己的語音信號，時間 控制在1s 左右，并對錄制的信號進(jìn)行采樣。 (2)語音信號的頻譜分析，畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜

12、圖。 (3)將信號加入延時和混響，再分析其頻譜，并與原始信號頻譜進(jìn)行比較。 (4)設(shè)計幾種特殊類型的濾波器：單回聲濾波器，多重回聲濾波器，無限個 回聲濾波器，全通結(jié)構(gòu)的混響器，并畫出濾波器的頻域響應(yīng)。 (5)用自己設(shè)計的濾波器對采集的語音信號進(jìn)行濾波。 (6)分析得到信號的頻譜，畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，并對濾波前 后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化。 (7)回放語音信號。 設(shè)計要求 (1)熟悉離散信號和系統(tǒng)的時域特性。 (2)熟悉語音信號的特點。 (3)掌握數(shù)字信號處理的基本概念，基本理論和基本方法。 (4)掌握序列快速傅里葉變換方法。 (5)學(xué)會 MATLAB 的使用，掌握 MATLA

13、B 的程序設(shè)計方法。 (6)掌握 MATLAB 設(shè)計各種數(shù)字濾波器的方法和對信號進(jìn)行濾波的方法 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 2 設(shè)計原理 2.1 語音信號的采樣 (1)采樣頻率 采樣頻率是指計算機(jī)每秒鐘采集多少個聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、 音調(diào)，衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣頻率越高，即采樣的間隔時間越 短，則在單位時間內(nèi)計算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對聲音波形的表示也 越精確。這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 (2)采樣位數(shù) 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

14、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)，也是選擇音 頻接口的兩個重要標(biāo)準(zhǔn)。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。每增加一個采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了 6dB。采 樣位數(shù)越多則捕捉到的信號越精確。對于采樣率來說你可以想象它類似于一個 照相機(jī)，44.1kHz 意味著音頻流進(jìn)入計算機(jī)時計算機(jī)每秒會對其拍照達(dá) 441000 次。顯然采樣率越高，計算機(jī)攝取的圖片越多，對于原始音頻的還原也越加精 確。 (3)采樣定理 在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程

15、中，當(dāng)采樣頻率fsmax大于信號最高頻率 fmax 的 2 倍時，即：fsmax=2fmax,則采樣之后的數(shù)字信號完整地保留了原始 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，采 樣定理又稱奈奎斯特定理。1924 年奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出：在理想低通信 道的最大碼元傳輸速率=2W*log2 N (其中 W 是理想低通信道的帶寬,N 是電平強(qiáng) 度)。 2.2 時域分析 語音信號的時域分析就是分析和提取語音信號的時域參數(shù)。進(jìn)行語音分析 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 時，最先接觸到并且也是最直觀的是它的時域波形。語音信號本身就是時域信 號，

16、因而時域分析是最早使用，也是應(yīng)用最廣泛的一種分析方法，這種方法直 接利用語音信號的時域波形。時域分析通常用于最基本的參數(shù)分析及應(yīng)用，如 語音的分割、預(yù)處理、大分類等。 這種分析方法的特點是： 表示語音信號比較直觀、物理意義明確。 實現(xiàn)起來比較簡單、運(yùn)算且少。 可以得到語音的一些重要的參數(shù)。 只使用示波器等通用設(shè)備，使用較為簡單等。 2.3 頻域分析 在MATLAB的信號處理工具箱中函數(shù)FFT和IFFT用于快速傅立葉變換和逆 變換。下面介紹這些函數(shù)： （1）函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換。 函數(shù)的一種調(diào)用格式為：y=fft(x) 其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一

17、向量，y 是x的FFT。且和x相同長度。若x為一矩陣，則y是對矩陣的每一列向量進(jìn)行 FFT。 如果x長度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基2FFT算法；否則fft執(zhí)行一種 混合基的離散傅立葉變換算法，計算速度較慢。 （2）函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為：y=fft(x,N) 式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。 函數(shù)執(zhí)行N點的FFT。若x為向量且長度小于N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長度N。 若向量x的長度大于N，則函數(shù)截短x使之長度為N。若x 為矩陣，按相同方法對 x進(jìn)行處理。 （3）經(jīng)函數(shù)fft求得的序列y一般是復(fù)序列，通常要求其幅值和相位。MATLAB 提供求復(fù)數(shù)的幅值和相位函數(shù)：abs，angle，

18、這些函數(shù)一般和FFT同時使用。 函數(shù)abs(x)用于計算復(fù)向量x的幅值，函數(shù)angle(x)用于計算復(fù)向量的相角， 以弧度表示。函數(shù)unwrap(p)用于展開弧度相位角p 。 （4）fftshift作用：將零頻點移到頻譜的中間 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 用法：Y=fftshift(X) Y=fftshift(X，dim) 描述：fftshift移動零頻點到頻譜中間，重新排列fft,fft2和fftn的輸出結(jié)果。 將零頻點放到頻譜的中間對于觀察傅立葉變換是有用的。 2.4 延時 延時就是將音源延遲一段時間后，再欲播放的效果處理。依其延遲時間的 不同，可分別產(chǎn)生合唱、鑲邊

19、、回音等效果。 當(dāng)延遲時間在335ms之間時人耳感覺不到滯后音的存在，并且他與原音源 疊加后，會因其相位干涉而產(chǎn)生梳狀濾波效應(yīng)，這就是鑲邊效果。如果延遲 時間在50ms以上時，其延遲音就清晰可辨，此時的處理效果才是回音?；匾籼?理一般都是用于產(chǎn)生簡單的混響效果。 延時、合唱、鑲邊、回音等效果的可調(diào)參數(shù)都差不多，具體有以下幾項： 延時時間（Dly） ，即主延時電路的延時時間調(diào)整。 反饋增益（FB Gain） ，即延時反饋的增益控制。 反饋高頻比（Hi Ratio） ，即反饋回路上的高頻衰減控制。 調(diào)制頻率（Freq） ，指主延時的調(diào)頻周期。 調(diào)制深度（Depth） ，指上述調(diào)頻電路的調(diào)制深度。

20、高頻增益（HF） ，指高頻均衡控制。 預(yù)延時（Ini Dly） ，指主延時電路預(yù)延時時間調(diào)整。 均衡頻率（EQ F） ，這里的頻率均衡用于音色調(diào)整，此為均衡的中點頻率 選擇。 由于延時產(chǎn)生的效果都比較復(fù)雜多變，如果不是效果處理專家，建議使用 設(shè)備提供的預(yù)置參數(shù)，因為這些預(yù)置參數(shù)給出的處理效果一般都比較好。 2.5 混響 混響效果主要是用于增加音源的融合感。自然音源的延時聲陣列非常密集、 復(fù)雜，所以模擬混響效果的程序也復(fù)雜多變。常見參數(shù)有以下幾種： 混響時間：能逼真的模擬自然混響的數(shù)碼混響器上都有一套復(fù)雜的程序， 其上雖然有很多技術(shù)參數(shù)可調(diào)，然而對這些技術(shù)參數(shù)的調(diào)整都不會比原有的效 果更為自然，

21、尤其是混響時間。 高頻滾降：此項參數(shù)用于模擬自然混響當(dāng)中，空氣對高頻的吸收效應(yīng)，以 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 產(chǎn)生較為自然的混響效果。一般高頻混降的可調(diào)范圍為0.11.0。此值較高時， 混響效果也較接近自然混響；此值較低時，混響效果則較清澈。 擴(kuò)散度：此項參數(shù)可調(diào)整混響聲陣密度的增長速度，其可調(diào)范圍為010， 其值較高時，混響效果比較豐厚、溫暖；其值較低時，混響效果則較空曠、冷 僻。 預(yù)延時：自然混響聲陣的建立都會延遲一段時間，預(yù)延時即為模擬次效應(yīng) 而設(shè)置。 聲陣密度：此項參數(shù)可調(diào)整聲陣的密度，其值較高時，混響效果較為溫暖， 但有明顯的聲染色；其值較低時，混響效果較深

22、邃，切聲染色也較弱。 頻率調(diào)制：這是一項技術(shù)性的參數(shù)，因為電子混響的聲陣密度比自然混響 稀疏，為了使混響的聲音比較平滑、連貫，需要對混響聲陣列的延時時間進(jìn)行 調(diào)制。此項技術(shù)可以有效的消除延時聲陣列的段裂聲，可以增加混響聲的柔和 感。 調(diào)治深度：指上述調(diào)頻電路的調(diào)治深度。 2.6 濾波器的設(shè)計 單回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù)： H(z)= 1 （2-)(1Rzaa 1） 無限個回聲濾波器的系統(tǒng)函數(shù): H(z)= 1 （2-)(1 )(RzaRza 2） 全通結(jié)構(gòu)的混響器的系統(tǒng)函數(shù): H(z)= 1 （2-)(*1 )(RzaRzaa 3） 函數(shù)filter的調(diào)用格式為：y=filter(b,a,x) 該

23、格式采用數(shù)字濾波器對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，既可以用于IIR濾波器，也可以用 于FIR濾波器。其中向量b和a分別表示系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項式的系數(shù)，若 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 a1，此時表示FIR濾波器，否則就是IIR濾波器。該函數(shù)是利用給出的向量b和 a，對x中的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，結(jié)果放入向量y。 2.7 圖形用戶界面的設(shè)計 GUI(Graphical User Interface)圖形用戶界面，是在圖形界面下安排顯示與用 戶交互的組件元素，用戶可以只通過鍵盤、鼠標(biāo)和前臺界面下的組件發(fā)生交互， 而所有的計算、繪圖等內(nèi)部操作都封裝在內(nèi)部，提高了終端用戶使用 MATLAB 程序的

24、易用性。 設(shè)計圖形用戶界面應(yīng)遵循以下三個原則：簡單性（Simplicity） 、一致性 （Consistency）及習(xí)常性（Familiarity） 。 （1）簡單性 設(shè)計界面時，應(yīng)力求簡潔、直接、清晰地體現(xiàn)出界面的功能和特征。設(shè)計 的圖形界面要直觀，為此應(yīng)多采用圖形，而間量避免數(shù)值。設(shè)計界面應(yīng)間量減 少窗口數(shù)目，力避在不同窗口之間進(jìn)行來回切換。 （2）一致性 所謂一致性有兩層含義：一是讀者自己開發(fā)的界面風(fēng)格要盡量一致；二是 新設(shè)計的界面要與其他已有的界面的風(fēng)格不要截然向左。 （3）習(xí)常性 設(shè)計界面時，應(yīng)盡量使用人們所熟悉的標(biāo)志與符號。用戶可以根據(jù)熟悉標(biāo) 志作出正確猜測，自學(xué)入門。 （4）其他

25、考慮因素 注意界面的動態(tài)性能。如界面對用戶操作的響應(yīng)要迅速(Immediate)、連續(xù) （Continous） ；對持續(xù)時間較長的運(yùn)算，要給出等待時間提示，并允許用戶中 斷運(yùn)算。 圖形用戶界面的制作包括界面設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)。具體制作步驟如下： （1）分析界面所要求實現(xiàn)的主要功能，明確設(shè)計任務(wù)； （2）在稿紙上繪出界面草圖，并站在使用者的角度來審查草圖； （3）按構(gòu)思的草圖，上機(jī)制作靜態(tài)界面，并檢查之； （4）編寫界面動態(tài)功能的程序，對功能進(jìn)行逐項檢查。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 3 設(shè)計步驟 3.1 總體設(shè)計流程圖 圖

26、 3-1 總體設(shè)計流程圖 用 luyin 程序錄制一段 1s 左右 的 wav格式的語音，并保存 用 wavread 從電腦中導(dǎo) 入錄制的語音信號 調(diào)用 fft函數(shù)進(jìn)行快速傅里葉變換。畫出采樣后語音 信號的時域波形與頻譜圖，并回放采樣語音信號 對采樣信號延時 2000，兩者相加，得到混響。 分別畫出延時和混響后語音信號的時域波形與 頻譜圖。并回放延時和混響后語音信號 a.單回聲濾波 器，畫出頻 域響應(yīng)。用 濾波器對語 音信號濾波, 畫出時域波 形與頻譜圖 回放語音信 號 b.多聲濾波器， 畫出頻域響應(yīng)。 用濾波器對語 音信號濾波, 畫出時域波形 與頻譜圖回放 語音信號 c.無限回聲濾 波器，畫

27、出頻 域響應(yīng)。用濾 波器對語音信 號濾波,畫出 時域波形與頻 譜圖回放語音 信號 D.全通濾波 器，畫出頻 域響應(yīng)。用 濾波器對語 音信號濾波, 畫出時域波 形與頻譜圖 回放語音信 號 分析得到信號的頻譜，比較回 放的聲音，并對濾波前后的信 號進(jìn)行對比，分析信號的變化。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 3.2 詳細(xì)設(shè)計 3.2.1 語音的錄制 運(yùn)行程序，錄制語音文件，文件名為 sound.wav 程序： %獲取錄音文件 pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為 44.1Khz duration=3; %錄音時間為3s fprintf(按任意鍵開始錄音 1：n);

28、pause fprintf(錄音中n); sd1=wavrecord(duration*fs,fs); %采樣數(shù)為 132300，保存文件名為 sd1.wav fprintf(放音中n); wavplay(sd1,fs); fprintf(錄音 1 播放完畢。n); wavwrite(sd1,fs,sound1.wav); %將錄音文件保存為 WAV 格式的聲音文件 3.2.2 原始信號 讀取聲音,畫出采樣后語音信號的時域波形與頻譜圖，并回放采樣語音信號。 程序： x1,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取信號,采樣值放在向量x中，fs表 示采樣頻率(Hz)，b

29、its表示采樣位數(shù)。 x1=x1(:,1); %只取單聲道 sound(x1,fs); %對聲音的回放 figure;Subplot(211); plot(x1); %做原始語音信號的時域圖形 title(原始語音信號的時域圖);grid on; xlabel(時間 n);ylabel(音量 n); 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 y1=fft(x1); %做length(x1)點的FFT y1=fftshift(y1); %平移，是頻率中心為0 derta_fs = fs/length(x1); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨率 Subplot(212); plot(-fs/2:

30、derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(y1); %畫出原始語音信號的頻譜圖 title(原始語音信號的頻譜);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 圖3-2 原始語音信號的時域波形與頻譜圖 結(jié)果分析：采樣點數(shù)為132300，與時域波形結(jié)果吻合，由頻譜可看出頻率 較集中，有一點高頻分量，是由于噪聲的干擾引起的。 3.2.3 延時 對原始語音信號延時 2000,畫出延時后語音信號的時域波形與頻譜圖，并 回放延時后的語音信號。 程序： %延時的信號 x1,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); x1=x1(:,1); %只取單聲道 02468101214 x 10 4

31、-1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個個 個個 n 個 個 n -3-2-10123 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 個個 個個 個個 個個 個 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 z=zeros(2000,1);x1; %對聲音延時2000 sound(z,fs); figure(2); Subplot(211); plot(z); title(延時后的信號時域圖);grid on; %畫出延時后的信號時域圖 z=fft(x1); %做length(x1)點的FFT z=fftshift(z); %平移，是頻率中心為0 derta_

32、fs = fs/length(z); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨率 Subplot(212); plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(z);%畫出延時后的信號頻譜圖 title(延時后的信號頻譜圖);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個 -3-2-10123 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 個個 個個 個個 個個 個 圖 3-3 延時后語音信號的時域波形與頻譜圖 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，時域波形向右平移，頻譜無變化。 3.2.4 混響 調(diào)整原

33、始采樣信號的長度，將其與延時信號相加，就得到混響。畫出混響 后語音信號的時域波形與頻譜圖，并回放延時后的語音信號。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 程序： %混響后信號 x,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取語音信號 x=x(:,1); %只取單聲道 z=zeros(2000,1);x; %對語音信號進(jìn)行延時 x=x;zeros(2000,1); %使語音信號與延時后信號同等長度 y1=x+z; %信號的混響 sound(y1,fs); %回放混響后的信號 figure(3);subplot(211);plot(y1); title(混響的

34、時域圖); %混響時域圖 Y1=fft(y1); %做length(y1)點的FFT Y1=fftshift(Y1); %平移，是頻率中心為0 derta_fs = fs/length(y1); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨率 Subplot(212); plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(Y1);%畫出混響頻譜圖 title(混響的頻譜圖);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 -3-2-10123 x 10 4 0 1000 2000 3000 個個 個個 個個 圖 3-4 混

35、響后語音信號的時域波形與頻譜圖 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，原始信號的延時聲陣列非常密集、復(fù)雜， 混響后時域波形音量增大了，各個脈沖變寬，語音信號的頻譜展寬了，幅值增 大，回放的語音聲音變得融合，能聽到回音。 3.2.5 單回聲濾波器 用單回聲濾波器對原始語音信號濾波,畫出濾波后語音信號的時域波形與頻 譜圖，并回濾波時后的語音信號。 程序： %單回聲濾波器 x,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取語音信號 x=x(:,1); %只取單聲道 a=0.5; %a取小于等于1 z=zeros(2000,1);x;

36、%對語音信號進(jìn)行延時 x=x;zeros(2000,1); %使語音信號與延時后信號同等長度 y2=x+z*a; %信號經(jīng)單回聲濾波 sound(y2,fs); %回放經(jīng)單回聲濾波器后的語音信號 figure;subplot(211);plot(y2);title(單回聲濾波的信號時域圖); Y2=fft(y2); %做length(y2)點的FFT Y2=fftshift(Y2); %平移，是頻率中心為0 derta_fs = fs/length(y2); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨 率 Subplot(212); plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(Y2

37、);%畫出單回聲信號頻譜圖 title(單回聲濾波的信號頻譜圖);grid on; 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 運(yùn)行結(jié)果： 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個個 個 -3-2-10123 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 個個 個個 個個 個個 個個 個 圖 3-5 單回聲濾波器濾波后信號的時域波形與頻譜圖 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，時域波形的幅值變大，毛刺變多，頻譜 的中心頻率兩邊的頻率分量展寬、幅值變大，回放的聲音立體感變強(qiáng)。 3.2.6 多回聲濾波器 用多回聲濾波器對原始語音信

38、號濾波,畫出濾波后語音信號的時域波形與頻 譜圖，并回濾波時后的語音信號。 程序： %多回聲濾波器 x,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); x1=x(:,1); %變換為單聲道語音信號 delay_t=0.1; %回聲延遲時間 a=0.2; %衰減系數(shù) N=3; %N階延時 Bz=1;zeros(fs*delay_t,1)*N;aN; Az=1;zeros(fs*delay_t,1);a; 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 y=filter(Bz, Az ,x1 ); sound(y,fs,bits); %回放經(jīng)多回聲濾波器后的語音信號 figure;

39、subplot(211);plot(y);title(多回聲濾波的信號時域圖); Y2=fft(y); %做length(y)點的FFT Y2=fftshift(Y2); %平移，是頻率中心為0 derta_fs = fs/length(y); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨 率 Subplot(212); plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(Y2); %畫出多回聲信號頻譜圖 title(多回聲濾波的信號頻譜圖);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個個 個 -3-2-101

40、23 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 個個 個個 個個 個個 個個 個 圖 3-6 單回聲濾波器濾波后信號的時域波形與頻譜圖 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，時域波形的幅值變大，毛刺變得更多， 頻譜的中心頻率幅值變大，回放的聲音立體感變的更強(qiáng)。 3.2.7 無限回聲濾波器 用無限回聲濾波器對原始語音信號濾波,畫出濾波后語音信號的時域波形與 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 頻譜圖，并回濾波時后的語音信號。 程序： %無限回聲濾波器 x,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取語音信號 x=x(:,1); %只取單聲道 a=0.

41、5; %a取小于等于1 Bz=0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1; %分子的系數(shù) Az=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,-a; %分母的系數(shù) yy1=filter(Bz,Az,x); %FIR濾波器進(jìn)行濾波 sound(yy1,fs,bits); %回放經(jīng)無限回聲濾波器后的語音信號 figure(5);subplot(211);plot(yy1); %無限回聲信號時域波形 title(無限個回聲濾波的信號時域圖); YY1=fft(yy1); %經(jīng)無限回聲濾波器后的信號做length(yy1)點的 FFT YY1=fftshift(YY1); %平移，是頻率中心為0 derta

42、_fs = fs/length(yy1); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨率 Subplot(212);plot(-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(YY1);%無限回聲頻譜圖 title(無限個回聲濾波的信號頻譜圖);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個個 個個 個 -3-2-10123 x 10 4 0 1000 2000 3000 4000 個個 個個 個個 個個 個個 個個 個 圖 3-7 無限回聲濾波器濾波后信號的時域波形

43、與頻譜圖 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，時域波形的幅值變大，頻譜的中心頻率 不變，中心頻率兩邊的頻率分量變得密集、幅值變小，回放的聲音變得清晰， 音量變大。 3.2.8 全通濾波器 用全通濾波器對原始語音信號濾波,畫出濾波后語音信號的時域波形與頻譜 圖，并回濾波時后的語音信號。 程序： %全通結(jié)構(gòu)的混響器 x,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取語音信號 x=x(:,1); %只取單聲道 a=0.5; %a取小于等于1 Bz1=a,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1; %分子的系數(shù) Az1=1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,a; %分母的系數(shù) yy2=

44、filter(Bz1,Az1,x); %FIR濾波器進(jìn)行濾波 sound(yy2,fs,bits); %回放經(jīng)全通結(jié)構(gòu)的混響器后的語音信號 figure(6); subplot(211);plot(yy2); title(全通濾波信號的時域圖) 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 %全通結(jié)構(gòu)的混響器時域波形 YY2=fft(yy2); %經(jīng)全通濾波器后的信號做length(yy2)點的 FFT YY2=fftshift(YY2); %平移，是頻率中心為0 derta_fs = fs/length(yy2); %設(shè)置頻譜的間隔，分辨 率 Subplot(212); plot(-f

45、s/2:derta_fs:fs/2-derta_fs,abs(YY2); %全通濾波信號的頻譜圖 title(全通濾波信號的頻譜圖);grid on; 運(yùn)行結(jié)果： 02468101214 x 10 4 -1 -0.5 0 0.5 1 個個 個個 個個 個個 個個 -3-2-10123 x 10 4 0 500 1000 1500 2000 個個 個個 個個 個個 個個 圖 3-8 無限回聲濾波器濾波后信號的時域波形與頻譜圖 結(jié)果分析：由運(yùn)行結(jié)果可以看出，時域波形和頻譜基本不變，回放的聲音 跟原語音信號很接近。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 4 圖形用戶界面的設(shè)計 4.1

46、GUI 布局 在Matlab的主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項，再選擇其中的GUI命令， 就會就會顯示GUI的設(shè)計模板。 。新建一個空白模板jiemian.fig，就會顯示GUI的 設(shè)計窗口，點擊 和 分別放置按鈕和坐標(biāo)軸，放置結(jié)果如圖4-1。 圖 4-1 GUI 布局 4.2 設(shè)置屬性 按鈕(Push Buttons)：執(zhí)行某種預(yù)定的功能或操作；其屬性如圖4-2。Axes 屬性為默認(rèn)屬性，如圖 4-3。 未指定時將使用系統(tǒng)缺省值，改變了的屬性有： （1）BackgroundColor取值為顏色的預(yù)定義字符或 RGB數(shù)值，缺省值為淺灰色； 本設(shè)計為藍(lán)色。 （2）String 取值為字

47、符串矩陣或塊數(shù)組，定義控件對象標(biāo)題或選項內(nèi)容； （3）Tag 取值為字符串，定義了控件的標(biāo)識值，在任何程序中都可以通過這個 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 標(biāo)識值控制該控件對象； （4）FontSize 取值為數(shù)值； 圖 4-2 按鈕的屬性 圖 4-3 坐標(biāo)軸的屬性 4.3 編程 使用圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境可方便地創(chuàng)建GUI應(yīng)用程序，它可以根據(jù)設(shè)計 的GUI布局，自動生成M文件的框架，使用這一框架編制應(yīng)用程序。將前面編 好的各個功能子程序分別編寫到各個按鈕的callback函數(shù)中，逐個調(diào)試，運(yùn)行， M文件見附錄。 4.4 運(yùn)行結(jié)果 圖形用戶界面的運(yùn)行結(jié)果如圖 4-4。 武漢理

48、工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 圖 4-4 GUI 運(yùn)行結(jié)果 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 5 總結(jié) 通過本次課程設(shè)計，我收獲了很多： 一、我對 MATLAB 軟件有了較深的了解，并且學(xué)會了用 MATLAB 對語音 信號進(jìn)行分析和處理。這次課程設(shè)計 ，剛開始我無從下手，不知所措，后來經(jīng) 過問同學(xué)、去圖書館資查料、上網(wǎng)查資料、看視頻教程，逐漸了解了用 MATLAB 對語音信號進(jìn)行分析和處理要用到的各種函數(shù)，及濾波器的設(shè)計及其 頻率響應(yīng)的繪制，并在調(diào)試過程不斷出錯的過程中，不斷加強(qiáng)了對 MATLB 編程 的掌握程度，能夠用 MATLB 對語音信號進(jìn)行分析和處理，

49、收獲頗深。 二、本次課程設(shè)計鍛煉了我獨立解決問題的能力。剛看到題目時我一點思 路也沒有，到后來，自己不斷探索 MATLB，不斷摸索各個函數(shù)的使用方法和格 式，最后完成了本次課程設(shè)計，整個過程讓我學(xué)會了發(fā)現(xiàn)問題，并獨立解決問 題的方法，也能更好的利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)知識。 三、本次課程設(shè)計讓我對語音信號的采樣、延時、混響、濾波器的設(shè)計及 語音信號的分析有了更深的了解，并且鞏固了數(shù)字信號處理所學(xué)的內(nèi)容。了解 了通過MATLAB 設(shè)計單回聲濾波器，多重回聲濾波器，無限個回聲濾波器，全 通結(jié)構(gòu)的混響器的過程和方法，使所學(xué)的知識得到了綜合運(yùn)用與鞏固。 本次課程設(shè)計最重要的是讓我學(xué)會了獨立解決問題的方法，經(jīng)過不斷

50、的學(xué) 習(xí)、出錯、調(diào)試、改正，鍛煉了我的耐心和毅力，讓我體會到了不斷探索的樂 趣，并體會到了付出后得到成功的激動。此次設(shè)計也讓我發(fā)現(xiàn)了我的不足：對 MATLB 的掌握程度不夠，在原來學(xué)習(xí)后，我對 MATLAB 的許多函數(shù)、屬性的 用法還是不很了解，以后應(yīng)當(dāng)多多學(xué)習(xí)軟件，輔助各門專業(yè)課的學(xué)習(xí)，并激發(fā) 對本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 參考文獻(xiàn) 1 鄒彥，DSP 原理及應(yīng)用，第 1 版，電子工業(yè)出版社，2006； 2 彭啟琮等，DSP 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，第二版，高等教育出版社，2007 3 劉泉，闕大順數(shù)字信號處理原理與實現(xiàn)電子工業(yè)出版社2005 4 張雄偉，

51、DSP 集成開發(fā)與應(yīng)用實例，第 1 版，電子工業(yè)出版社，2002； 5 張洪濤等，數(shù)字信號處理，第一版，華中科技大學(xué)出版社，2007 6 楊述斌等，數(shù)字信號處理實踐教程，第一版，華中科技大學(xué)出版社，2007 7 胡航語音信號處理哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2002 8 張威MATLAB基礎(chǔ)與編程入門西安電子科技大學(xué)出版社2006 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 附錄 圖形用戶界面的M文件： function varargout = jiemian(varargin) % JIEMIAN M-file for jiemian.fig % JIEMIAN, by itself, cre

52、ates a new JIEMIAN or raises the existing % singleton*. % H = JIEMIAN returns the handle to a new JIEMIAN or the handle to % the existing singleton*. % JIEMIAN(CALLBACK,hObject,eventData,handles,.) calls the local % function named CALLBACK in JIEMIAN.M with the given input arguments. % JIEMIAN(Prope

53、rty,Value,.) creates a new JIEMIAN or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI before jiemian_OpeningFcn gets called. An % unrecognized property name or invalid value makes property application % stop. All inputs are passed to jiemian_Op

54、eningFcn via varargin. % *See GUI Options on GUIDEs Tools menu. Choose GUI allows only one % instance to run (singleton). % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES % Edit the above text to modify the response to help jiemian % Last Modified by GUIDE v2.5 02-Jul-2012 01:22:36 % Begin initialization code

55、 - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct(gui_Name, mfilename, . gui_Singleton, gui_Singleton, . gui_OpeningFcn, jiemian_OpeningFcn, . gui_OutputFcn, jiemian_OutputFcn, . gui_LayoutFcn, , . 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 gui_Callback, ); if nargin end if nargout varargout1:nargout = gui_mainfc

56、n(gui_State, varargin:); else gui_mainfcn(gui_State, varargin:); end % End initialization code - DO NOT EDIT % - Executes just before jiemian is made visible. function jiemian_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject handle to fig

57、ure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) % varargin command line arguments to jiemian (see VARARGIN) % Choose default command line output for jiemian handles.output = hObject; % Update handles structure guidat

58、a(hObject, handles); % UIWAIT makes jiemian wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % - Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = jiemian_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARA

59、RGOUT); % hObject handle to figure % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) 武漢理工大學(xué)信息群處理課程設(shè)計課程設(shè)計說明書 20 % Get default command line output from handles structure varargout1 = handles.output; % - Executes on button pr

60、ess in caiyang. function caiyang_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject handle to caiyang (see GCBO) % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) x1,fs,bits=wavread(D:sound1.wav); %讀取信號 x1=x1(:,1); %只取單聲道 sou