數(shù)字信號處理大作業(yè)

1、數(shù)字信號處理大作業(yè)班級1316029學(xué)名 陳志豪一 要求本次作業(yè)要求對一段音樂進(jìn)行處理，該音樂包含了蜂鳴噪聲，根據(jù)該段音樂，我們需處理以下問題：1.利用matlab軟件對audio1211.wav音頻信號進(jìn)行數(shù)字信號采樣，分別對采樣后的信號進(jìn)行時(shí)/頻域分析，并提供仿真圖和分析說明；2.設(shè)計(jì)合理的數(shù)字濾波器，濾去音頻信號中的蜂鳴音，給出詳細(xì)設(shè)計(jì)流程，并提供頻域仿真圖和分析說明；3.將數(shù)字濾波后的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成wav格式音頻文件二分析(1）通過播放所給音樂文件，很明顯能聽出wav文件中包含蜂鳴噪音，所以我們應(yīng)該先分析頻譜。在matlab下可以用函數(shù)wavread/audi

2、oread讀入語音信號進(jìn)行采樣，我們可以通過wavread得到聲音數(shù)據(jù)變量x和采樣頻率fs、采樣精度nbits，在讀取聲音信號之后，利用讀出的采樣頻率作為參數(shù)，這段音頻讀出的采樣精度為16，fs為44100hz，所以我們將此后采集時(shí)間、fft的參數(shù)設(shè)置為fs，也就是44100hz。最后我們通過plot函數(shù)繪制出了音頻信號與時(shí)間的關(guān)系圖pic1，使用fft函數(shù)進(jìn)行fft處理。處理后的信號頻譜pic2，如下所示圖1.音頻信號與時(shí)間的關(guān)系圖從圖1橫坐標(biāo)我們看到t在9-10s之間截止，與我們在音樂播放器中顯示的時(shí)間一致。圖2.fft之后得到的頻域分析結(jié)果圖3.噪聲讀取圖2為運(yùn)用fft后得到的處理結(jié)果，

3、可以從中讀取到，在293.7hz、4671hz附近幅值突然增大，可以確定為噪聲干擾。所以我們應(yīng)該針對頻率附近進(jìn)行濾波。如果針對性進(jìn)行濾波處理，應(yīng)該使用低通濾波器進(jìn)行處理，去除這部分的噪音。之后需要選定濾波器并進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，在4671hz附近進(jìn)行濾波,去除蜂鳴雜音。（2）我們需要對蜂鳴音進(jìn)行除去，自然需要用到濾波器。所以第二步我們需要設(shè)計(jì)濾波器并給出詳細(xì)流程。在第一問的頻譜分析中，通過FFT我們已經(jīng)知道噪音所在，所以我們需要針對這個(gè)問題設(shè)計(jì)參數(shù)。在這里我們選用巴特沃斯低通濾波器進(jìn)行處理，我們需要設(shè)定好的參數(shù)有通帶邊界頻率、阻帶邊界頻率、通帶最大衰減和通過阻帶的最小分貝數(shù)（由buttord在mat

4、lab定義得）。我們要對于4671hz進(jìn)行濾波，所以我們選定的兩個(gè)邊界頻率應(yīng)該分別大于和小于這一頻率，將通帶最大衰減和分貝數(shù)進(jìn)行略微調(diào)整，之后用buttord函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，求得濾波器階數(shù)和3db截止頻率，用butter函數(shù)得到低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)的系數(shù)。這部分計(jì)算程序由附錄中的testbutter.m文件中給出。在工作區(qū)可以讀取我們需要的值帶入butter中處理。之后通過testbutter.m計(jì)算得到的3db截止頻率和階數(shù)構(gòu)造的系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行濾波。這部分程序我們在lvbo.m文件中給出。我們先用wavread進(jìn)行采樣，得到了信號、采樣率和采樣位數(shù)x、fs和nbits。之后利用這些采樣得到的分量進(jìn)

5、行濾波處理。由之前的testbutter我們可以得到階數(shù)和3db截止頻率。在處理過程中，我們對由testbutter所得代入的參數(shù)進(jìn)行了微調(diào)。之后在程序中我們繪制時(shí)間與采集音頻信號的關(guān)系圖如下：圖4.處理前后的對比從處理后的圖像我們可以看出，我們定義處理后的音頻信號為y，它的音頻信號與時(shí)間的關(guān)系明顯比最初提取的x信號波形規(guī)整的多，表現(xiàn)了濾波器起到了不錯(cuò)的效果。三 總結(jié)在這次設(shè)計(jì)作業(yè)中，我學(xué)習(xí)了很多關(guān)于濾波器的知識，使用matlab完成了這次濾波大作業(yè)。雖然成功的濾除了蜂鳴音，但是使用低通濾波器后，從音頻效果中還是能聽出一些正常的音樂頻率分量被濾除，整體音色有了少許變化。這可能是因?yàn)闉V波器設(shè)計(jì)不

6、夠嚴(yán)謹(jǐn)精確所致，雖然進(jìn)行了設(shè)計(jì)參數(shù)的微調(diào)，但還是將一部分不該濾除的分量也過濾掉了。相信經(jīng)過更深入的學(xué)習(xí)后，以后能對濾除噪音有更好的理解，更準(zhǔn)確的濾除掉噪音部分。頻譜分析代碼clc;clear;x,fs,Nbits=wavread(audio1221.wav);N=length(x);t=(0:N-1)/44100;figure(1)plot(t,x);xlabel(時(shí)間);ylabel(幅度);title(pic1);f=44000*(0:N-1)/N;figure(2)plot(f,abs(fft(x)*2/N);title(pic2);%sound(x,fs);濾波處理去除蜂鳴，并保存處理

7、后的音樂clear all;clc;x,fs,nbits=wavread(audio1221.wav);%讀出信號，采樣率和采樣位數(shù)。 sigLength=length(x);Y = fft(x,sigLength);f=fs*(1:sigLength)/sigLength;stor=Y(1);Y(1)=0;absY=abs(Y);figure(1)subplot(2,2,1);plot(f,absY);xlabel(頻率(Hz);grid onaxis(0,f(end)/2,0,500);t=(0:sigLength-1)/fs;subplot(2,2,2);plot(t,x);xlabel(時(shí)間(s);grid ony1=x;Y0=Y;%設(shè)計(jì)巴特沃斯低通濾波器b,a=butter(14,0.106,low); y=filter(b,a,x);%用設(shè)計(jì)的濾波器進(jìn)行濾波Y=fft(x,sigLength);Y(1)=0;absY=abs(Y);figure(1);subplot(2,2,3);plot(f,absY);xlabel(頻率(Hz);grid onaxis(0,f(end)/2,0,500);%確定坐標(biāo)范圍t=