采樣定理及在語音變采樣

1、課程名稱數字信號處理實驗課時4學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 名實驗目的學會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設計方法；掌握在Windows環(huán)境下語音信號采集的方法；掌握數字信號處理的基本概念、基本理論和基本方法；設計型實驗, 創(chuàng)新型實驗實驗環(huán)境MATLAB實驗內容和原理1、采樣定理：在進行模擬與數字信號的轉換過程中，當采樣大于最高頻率的2倍時，則采樣之后的數字信號完整的保留了原始信號中的信息，一般實際應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、音頻、衡量聲卡、聲音文件的質量標準。采

2、樣頻率越高，即采樣的時間間隔越短，則在單位時間內計算機得到的聲音樣本數據越多，對聲音波形的表示也越準確。3、采樣位數與采樣頻率： 采樣位數即采樣值或取樣值,用來衡量聲音波動變化的參數,是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數字聲音信號的二進制位數。采樣頻率是指錄音設備在一秒鐘內對聲音信號的采樣次數,采樣頻率越高聲音的還原就越真實越自然。采樣位數和采樣率對于音頻接口來說是最為重要的兩個指標。無論采樣頻率如何,理論上來說采樣的位數決定了音頻數據最大的力度范圍。采樣位數越多則捕捉到的信號越精確。4、利用MATLAB對語音信號進行分析和處理：采集語音信號后，利用MATLAB軟件平臺進行頻譜分析；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行頻譜分析，設計合適的濾波器濾除噪聲，恢復原信號。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 法關鍵代碼一、語音信號的采集與分析二、利用余弦函數構造一個高頻噪聲三、設計合適的濾波器，濾除高頻噪聲四、程序設計及仿真圖形4.1用Matlab對原始語音信號進行分析clear;y,fs,bits=wavread('C:22.wav'); %x語音數據fs采樣頻率bits采樣點數 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 法關鍵代碼4.3、 設計合適的濾波器，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N 和通帶截止頻率 num,den=ellip(n,Ap,As,wn);%設計橢圓濾波器 freqz(num,den,256,ffs);%畫出頻率響應對噪

7、音進行濾波：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 論4.1、它的時域波形和頻譜4.2、 對加噪后的語音進行分析，并畫出其信號時域和頻譜圖。4.3、 設計合適的濾波器，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 結進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的理論知識，然而通過這次課程設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，導致在運行程序的時候，無法調用聲音，經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, 于是我又翻出學過的數字信號處理課本,認真研究起各種濾波器,這才使我明白了大多數濾波器是如何工作,不再單單只是懂理論,理論與實際相結合是很重要的, 只有理論知識是遠遠不夠的, 只有把所學的理論知識與實踐相結合起來,從理論中得出結論?？偟膩碚f,通過這次的課程設計我對語音信號有了全面的認識,對Matlab的知識又有了深刻的理解,