數(shù)字調音臺實驗報告

1、 數(shù)字信號處理課程設計報告姓名:陳洋學 號：1121302104學 院:計算機工程學院專 業(yè):通信工程題 目:數(shù)字調音臺2014年12月摘要根據(jù)數(shù)字信號處理課程設計教學大綱的要求，利用Matlab（工程設計軟件）設計數(shù)字調音臺，并且給出了具體的軟件實施方案。Matlab功能強大、簡單易學、編程效率高,深受廣大科技工作者的歡迎。特別是Matlab還具有信號分析工具箱,不需具備很強的編程能力,就可以很方便地進行信號分析、處理和設計。此次設計利用Matlab對音頻信號進行采樣后；并畫出音頻信號的時域波形、頻譜圖及語譜圖；然后分別利用IIR和FIR設計高通、低通、帶通以及帯阻濾波器對現(xiàn)有的音頻信號進行

2、濾波，實現(xiàn)音頻音色的改變實現(xiàn)調音臺的功能，并畫出濾波后信號的時域波形和頻譜，對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化；最后利用GUI設計一個數(shù)字信號系統(tǒng)界面。關鍵詞 數(shù)字調音臺 MATLAB 音頻 波形 頻譜課程設計目的及意義數(shù)字信號處理課程是一門理論和技術發(fā)展十分迅速、應用非常廣泛的前沿性學科，在雷達、通信、醫(yī)學、地震等眾多領域都有廣發(fā)的應用。數(shù)字信號處理課程是電子、通信、信號處理等專業(yè)的基礎課程，數(shù)字信號處理課程設計是完成數(shù)字信號處理相關理論的學習后進行的綜合性訓練課程，使學生能夠對信號的采集、處理、傳輸、顯示和存儲等理論及技術實現(xiàn)有一個系統(tǒng)的掌握和理解。它的理論性和實踐性都很強，學生在學

3、習這門課程時，普遍感到數(shù)字信號處理的概念抽象，對其中的分析方法與基本理論不能很好地理解與掌握。因此，如何幫助學生理解與掌握課程中的基本概念、基本原理、基本分析方法以及綜合應用所學知識解決實際問題的能力，是本課程教學中所要解決的關鍵問題。通過本課題的設計進一步鞏固數(shù)字信號處理的基本概念、理論、分析方法和實現(xiàn)方法；能掌握的基本理論和分析方法方面的知識得到進一步擴展；能有效地將理論和實際緊密結合；增強軟件編程實現(xiàn)能力和解決實際問題的能力，要求能夠熟練地用Matlab語言編寫數(shù)字信號處理的應用程序系統(tǒng)分析2.1涉及知識2.1.1 FIR數(shù)字濾波器FIR濾波器具有以下特點：（1）可以做成嚴格的線性相位，

4、同時又可以具有任意的幅度特性（2）單位沖激響應是有限長的，所以一定是穩(wěn)定的，因此在實際中得到廣泛的應用。2.1.2語音信號的特點語音信號的帶寬約為5KHz，主要能量集中在低頻段。語音信號是典型的隨機信號，人的每次發(fā)音過程都是一個隨機過程。很難得到兩次完全相同的發(fā)音樣本。 在信號處理中，通常假設語音信號是短時平穩(wěn)的。例如，可以認為在語音的濁音段部分，語音的二階矩統(tǒng)計量是平穩(wěn)的(在510mS內)，即二階矩平穩(wěn)，或稱為寬平穩(wěn)。 語音時域信號特征：1）清音段：能量低，過零率高，波形特點有點像隨機的噪聲。這部分信號常與語音的輔音段對應。 2）濁音段：能量高，過零率低，波形具有周期性特點。所謂的短時平穩(wěn)性

5、質就是處于這個語音濁音（元音）段中。 3）過渡段：一般是指從輔音段向元音段信號變化之間的部分。信號變化快，是語音信號處理中最復雜、困難的部分。 2.2 總體方案 系統(tǒng)的總體設計界面主要分為兩個區(qū)域，分別是主菜單區(qū)域，和FIR區(qū)域。其中主菜單區(qū)域包括：曲目選擇、暫停、結束等按鈕。FIR區(qū)域則分為四個大塊，分別是：高通、低通、帶通、帶阻，其中高通是通過添加漢寧窗實現(xiàn)，低通是通過添加矩形窗實現(xiàn)，帶通是通過凱薩窗來實現(xiàn)，帶阻是通過布蘭克曼窗實現(xiàn)的。3.系統(tǒng)設計3.1流程圖開始開始選擇曲目播放暫停濾波器選擇結束3.2具體設計界面效果如下：播放代碼如下：global fname;global player

6、;global y;filename,pathname=uigetfile(虹之間.wav);fname= pathname,filename;y, Fs, nbits = wavread(filename);y1=y(:,1);player = audioplayer(y, Fs);play(player);figure(1);subplot(1,1,1);plot(y);title(濾波前波形);Y=fft(y,Fs);% Fs=22050figure(2)subplot(1,1,1);plot(abs(Y(1:length(Y)/2);title(濾波前頻譜);y3=specgram(y

7、1);figure(3)subplot(1,1,1);plot(y3); title(濾波語前譜圖)暫停的主要代碼為：global player;global playerr;pause (player);pause (playerr);繼續(xù)播放的主要代碼為：global player;pause(player);global player; resume(player);結束的主要代碼為：clear all;close all;高通區(qū)域的主要代碼為：漢寧窗：clear all;x, Fs, nbits = wavread(虹之間.wav);%sound(x,Fs);N=length(x);

8、figure(1);subplot(4,1,1);plot(x);title(濾波前的信號波形);Y=fft(x,Fs);% Fs=22050subplot(4,1,2);plot(abs(Y(1:length(Y)/2);title(濾波前信號的頻譜);ws=2*pi*5000/Fs;wp=2*pi*5100/Fs;Bt=wp-ws;N1=ceil(8*pi/Bt);N=N1+mod(N1+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi;hn=fir1(N-1,wc,high,hanning(N);wf=0:pi/511:pi;HK=freqz(hn,wf);wHz=wf*511/(2*pi);

9、% 轉化為Hzsubplot(4,1,3);plot(20*log10(abs(HK);%plot(wHz,20*log10(abs(HK);xlabel(頻率(Hz);ylabel(幅度);z=fftfilt(hn,x);%進行濾波Y1=fft(z,Fs);subplot(4,1,4);plot(abs(Y1(1:length(Y)/2);title(濾波后信號的頻譜);sound(z,Fs);低通區(qū)域的主要代碼為：矩形窗：clear all;x, Fs, nbits = wavread(c.wav);%sound(x,Fs);N=length(x); figure(1);subplot(4

10、,1,1);plot(x);title(濾波前信號波形);Y=fft(x,Fs);% Fs=22050subplot(4,1,2);plot(abs(Y(1:length(Y)/2);title(濾波前信號的頻譜);ws=2*pi*2000/Fs;wp=2*pi*2100/Fs;Bt=wp-ws;N1=ceil(4*pi/Bt);N=N1+mod(N1+1,2);wc=(wp+ws)/2/pi;hn=fir1(N-1,wc,boxcar(N);wf=0:pi/511:pi;HK=freqz(hn,wf);wHz=wf*511/(2*pi); % 轉化為Hzsubplot(4,1,3);plot

11、(20*log10(abs(HK);%plot(wHz,20*log10(abs(HK);xlabel(頻率(Hz);ylabel(幅度);z=fftfilt(hn,x);% 進行濾波Y1=fft(z,Fs);subplot(4,1,4);plot(abs(Y1(1:length(Y)/2);title(濾波后信號的頻譜);sound(z,Fs);帶通區(qū)域的主要代碼為：凱薩窗：clear all;x, Fs, nbits = wavread(虹之間.wav);%sound(x,Fs);N=length(x); figure(1);subplot(4,1,1);plot(x);title(濾波前

12、的信號波形);Y=fft(x,Fs);% Fs=22050subplot(4,1,2);plot(abs(Y(1:length(Y)/2);title(濾波前信號的頻譜);wlp=2*pi*2150/Fs; wls=2*pi*2200/Fs;wus=2*pi*4000/Fs; wup=2*pi*4050/Fs;wc=(wlp+wls)/2/pi,(wus+wup)/2/pi;%tr_width=wup-wus;B=wls-wlp;M=ceil(12*pi/B)-1;hn=fir1(M,wc,kaiser(M+1); wf=0:pi/511:pi;HK=freqz(hn,wf);wHz=wf*5

13、11/(2*pi); % 轉化為Hzsubplot(4,1,3);plot(20*log10(abs(HK);%plot(wHz,20*log10(abs(HK);xlabel(頻率(Hz);ylabel(幅度);z=fftfilt(hn,x);% 進行濾波Y1=fft(z,Fs);subplot(4,1,4);plot(abs(Y1(1:length(Y)/2);title(濾波后信號的頻譜);sound(z,Fs);帶阻區(qū)域的主要代碼為：布蘭克曼窗：clear all;x, Fs, nbits = wavread(虹之間.wav);%sound(x,Fs);N=length(x); fig

14、ure(1);subplot(4,1,1);plot(x);title(濾波前的信號的波形);Y=fft(x,Fs);% Fs=22050subplot(4,1,2);plot(abs(Y(1:length(Y)/2);title(濾波前信號的頻譜);wlp=2*pi*1150/Fs; wls=2*pi*2200/Fs;wus=2*pi*5000/Fs; wup=2*pi*5050/Fs;wc=(wlp+wls)/2/pi,(wus+wup)/2/pi;%tr_width=wup-wus;B=wls-wlp;M=ceil(11*pi/B)-1;hn=fir1(M,wc,stop,blackma

15、n(M+1);% stop去掉為帶通；wf=0:pi/511:pi;HK=freqz(hn,wf);wHz=wf*511/(2*pi); % 轉化為Hzsubplot(4,1,3);plot(20*log10(abs(HK);%plot(wHz,20*log10(abs(HK);xlabel(頻率(Hz);ylabel(幅度);z=fftfilt(hn,x);% 進行濾波Y1=fft(z,Fs);subplot(4,1,4);plot(abs(Y1(1:length(Y)/2);title(濾波后信號的頻譜);sound(z,Fs);4.系統(tǒng)運行與測試4.1點擊播放后，選擇曲目出現(xiàn)如下圖片 4

16、.2點擊高通按鍵后，出現(xiàn)如下界面.點擊低通按鍵后，出現(xiàn)如下界面.點擊帶通按鍵后，出現(xiàn)如下界面.點擊帶阻按鍵后，出現(xiàn)如下界面 結 論通過本課題的設計，我組進一步鞏固數(shù)字信號處理的基本概念、理論、分析方法和實現(xiàn)方法；能掌握的基本理論和分析方法方面的知識得到進一步擴展；有效地將理論和實際緊密結合；增強軟件編程實現(xiàn)能力和解決實際問題的能力，能夠熟練地用Matlab語言編寫數(shù)字信號處理的應用程序。為什么電話中唱歌，不好聽？ 因為一般模擬語音電話的信號帶寬為3400Hz，相當于一個低通濾波器，高于3400Hz的語音信號會被濾除。同時聲音是需要物質傳播的，電話收線聲音本來就失真，這就是為什么人家錄歌或者表演

17、需要錄音棚或者好的麥克風，電話收線不好，電話的聽筒這些都構成了電話中唱歌不好聽。所以電話中唱歌一般不好聽。 致 謝在本次課程設計中，我要感謝淮陰工學院計算機工程學院給我提供的這次課程設計的機會。讓我能夠增長才干，提高動手能力。我要感謝我的指導老師顧相平老師，她嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我學習的榜樣；循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。顧老師多次向我詢問課程設計進程，并及時為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。無論是在程序的編寫，還是在系統(tǒng)界面的設計上，我都得到了顧老師悉心細致的教誨和無私的幫助。顧老師淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的

18、高尚師德，嚴以律己、寬以待人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。不僅使我樹立了遠大的學術目標、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。在此，謹向指導老師顧老師表示我崇高的敬意和衷心的感謝！我要感謝淮陰工學院計算機工程學院實驗室的工作人員們，感謝他們?yōu)槲覀兲峁┤绱耸孢m整潔的學習環(huán)境，為此次課程設計提供了很大的方便。在這里我對他們致以崇高的敬意與真摯的感謝。我要感謝參考文獻的作者們，感謝他們編寫如此體系化的書籍，讓我在遇到困難時能從中找到解決的辦法。當然在本次課程設計過程中，我也得到了許多同學的寶貴建議和真誠的幫助，在此我也對他們表示我真誠的感謝！感謝他們在忙