對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行matlab設(shè)計(jì)與分析課程設(shè)計(jì)報(bào)告 30

語(yǔ)音信號(hào)采集與處理主題：Matlab與信息系統(tǒng)仿真課程設(shè)計(jì)組長(zhǎng)：XXX組員：XXXXXXX班級(jí)：電子信息工程1201目錄第一章課程設(shè)計(jì)情況概述1.1課程設(shè)計(jì)目的…………………31.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………31.3小組分工………3第二章具體實(shí)現(xiàn)方案及小結(jié)2.1第（1）、（2）版塊：錄制語(yǔ)以及頻譜分析………………42.1.1板塊要求…………………42.1.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼………………42.1.3Matlab仿真結(jié)果圖…………………52.2第（3）版塊：采樣………72.2.1版塊要求…………………72.2.2板塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼……………72.3第（4）版塊：對(duì)語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)幾種常見變化……132.3.1版塊要求……………132.3.2板塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼…………132.4第（5）版塊：調(diào)制、解調(diào)………………252.4.1板塊要求……………252.4.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼…………252.4.3Matlab仿真結(jié)果圖…………………282.5第（6）版塊：加噪、濾波……………322.5.1板塊要求……………322.5.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼…………322.6小結(jié)………………………41第一章課程設(shè)計(jì)情況概述1.1課程設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)要求掌握Matlab語(yǔ)言特性、數(shù)學(xué)運(yùn)算和圖形表示；掌握Matlab程序設(shè)計(jì)方法在信息處理方面的一些應(yīng)用；掌握在Windows環(huán)境下，利用Matlab進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)采集與處理的基本方法。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)5天分析題目，查找相關(guān)資料，利用已掌握知識(shí)、原理，提出設(shè)計(jì)具體方案，擬訂設(shè)計(jì)步驟，確定方案，編寫程序代碼并上機(jī)調(diào)試，修改完善設(shè)計(jì)，記錄數(shù)據(jù)，分析結(jié)果。1.2課程設(shè)計(jì)內(nèi)容這次的課程設(shè)計(jì)大致分為兩個(gè)階段，一周為一個(gè)階段。1.關(guān)于Matlab的基礎(chǔ)訓(xùn)練Matlab在信號(hào)與系統(tǒng)、隨機(jī)信號(hào)處理中的基本應(yīng)用2.綜合設(shè)計(jì)：語(yǔ)音信號(hào)的采集與處理

（1）利用windows自帶的錄音機(jī)或者其它錄音軟件，錄制幾段語(yǔ)音信號(hào)（要有幾種不同的聲音，要有男聲、女聲）。

（2）對(duì)錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，確定該段語(yǔ)音的主要頻率范圍，由此頻率范圍判斷該段語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)（低沉or尖銳？）

（3）利用采樣定理，對(duì)該段語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，觀察不同采樣頻率（過(guò)采樣、欠采樣、臨界采樣）對(duì)信號(hào)的影響。（4）實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的快放、慢放、倒放、回聲、男女變聲。

（5）對(duì)采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，觀測(cè)調(diào)制與解調(diào)前后信號(hào)的變化。

（6）對(duì)語(yǔ)音信號(hào)加噪，然后進(jìn)行濾波，分析不同的濾波方式對(duì)信號(hào)的影響。

1.3小組分工第（1）、（2）版塊XXX，第（3）版塊XXX，第（4）版塊XXX，第（5）版塊XXX，第（6）版塊XXX，報(bào)告最終由組長(zhǎng)統(tǒng)一整理。第二章具體實(shí)現(xiàn)方案2.1第（1）、（2）版塊:錄制語(yǔ)音以及頻譜分析2.1.1版塊要求：①利用windows自帶的錄音機(jī)或者其它錄音軟件，錄制幾段語(yǔ)音信號(hào)（要有幾種不同的聲音，要有男聲、女聲）。

②對(duì)錄制的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，確定該段語(yǔ)音的主要頻率范圍，由此頻率范圍判斷該段語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)（低沉還是尖銳？）2.1.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼：先錄制幾段音頻，再利用Matlab編程對(duì)其進(jìn)行頻譜分析。[x1,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是音頻存放地址sound(x1,fs);%利用matlab中發(fā)聲函數(shù)sound語(yǔ)句N=length(x1);M=log(N)/log(2);Q=round(M);%round函數(shù)是對(duì)所得數(shù)取整S=2^Q;%求得與N最接近的2的n次冪n=[0:N-1];%從0取到N-1X=fft(x1);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=1*fs;f=n/N*Fs;%圖2的橫坐標(biāo)figure(1);subplot(2,1,1);plot(n,x1);%繪制原音頻信號(hào)圖title('原始音頻信號(hào)');Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp);axis([0,3000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('音頻的幅度譜');在設(shè)計(jì)算法的過(guò)程中，本段程序的難點(diǎn)在于如何找到與length(x1)最接近的2的n次冪，以及傅立葉變換之后的頻譜值（即圖中的縱坐標(biāo)值）。通過(guò)先對(duì)length(x1)求2的對(duì)數(shù)，再利用round函數(shù)進(jìn)行四舍五入求整，最終得到想要的最接近length(x1)的2的n次冪。2.1.3Matlab仿真結(jié)果圖：從圖中可以讀出這段音頻信號(hào)的頻率大概在100～800赫茲，比較低沉，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該是男聲。從圖中可以讀出這段音頻信號(hào)的頻率大概在700～1400赫茲，比較尖銳，一般來(lái)說(shuō)應(yīng)該是女聲。2.2第（3）版塊：采樣2.2.1版塊要求利用采樣定理，對(duì)該段語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，觀察不同采樣頻率（過(guò)采樣、欠采樣、臨界采樣）對(duì)信號(hào)的影響。2.2.2板塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼這里涉及到采樣下重采樣的問(wèn)題。所謂重采樣就是對(duì)一系列離散的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行插值（升頻）或去值（降頻），以改變?cè)行盘?hào)的采樣率，在Matlab中，可以用resample(x,p,q),decimate(x,r)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。也可以將原有音頻進(jìn)行重構(gòu)，對(duì)獲得的波形進(jìn)行二次采樣，不過(guò)這樣比較麻煩。本段程序采用的是resample(x,p,q)函數(shù)，所用的音頻時(shí)間大概有3秒，更有利于觀察對(duì)頻譜的影響。RESAMPLE函數(shù)的原理:p/Q是確定采樣頻率的必要條件，由于系統(tǒng)錄音所確定的采樣頻率由[x1,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\nv.wav')所決定;%讀取音頻文件返回值為44100hz。對(duì)于所用音頻，其頻譜分析出來(lái)的最高頻率是fm=1750hz。由采樣定理得，采樣頻率fs=2fm=3500hz,大約是44100的1/13。當(dāng)為臨界采樣時(shí)fs=2fm，確定p=1,Q=13，采樣頻率為3500hz；當(dāng)為過(guò)采樣時(shí)fs>2fm,確定P=1，Q=10，采樣頻率為4410hz;當(dāng)為欠采樣時(shí)fs<2fm,確定P=1，Q=18，采樣頻率為2450hz;程序代碼：[x1,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\nv.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址sound(x1,fs);%利用matlab中發(fā)聲函數(shù)sound語(yǔ)句N=length(x1);M=log(N)/log(2);Q=round(M);S=2^Q;n=[0:N-1];%n從0取到N-1X=fft(x1);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=1*fs;f=n/N*Fs;figure(1);subplot(2,1,1);plot(n,x1);%繪制原音頻信號(hào)title('原始音頻信號(hào)');Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('音頻的幅度譜');臨界采樣：[x,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\nv.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址x2=resample(x,1,13);%采樣頻率化為3500Hzsound(x2,fs/13);%利用matlab中發(fā)聲函數(shù)sound語(yǔ)句N=length(x2);M=log(N)/log(2);Q=round(M);S=2^Q;n=[0:N-1];%從0取到N-1X=fft(x2);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=fs/14;f=n/N*Fs;figure(2)subplot(2,1,1);plot(n,x2);%繪制原音頻信號(hào)title('臨界采樣后原始音頻信號(hào)');Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('臨界采樣音頻的幅度譜');過(guò)采樣：[x,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\nv.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址x3=resample(x,1,10);%采樣頻率化為4410Hzsound(x3,fs/10);%利用matlab中發(fā)聲函數(shù)sound語(yǔ)句N=length(x3);M=log(N)/log(2);Q=round(M);S=2^Q;n=[0:N-1];%從0取到N-1X=fft(x3);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=fs/10;f=n/N*Fs;figure(3);subplot(2,1,1);plot(n,x3);%繪制原音頻信號(hào)title('過(guò)采樣后原始音頻信號(hào)');Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('過(guò)采樣后音頻的幅度譜');欠采樣[x,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\nv.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址x4=resample(x,1,18);%采樣頻率化為2450Hzsound(x4,fs/18);%利用matlab中發(fā)聲函數(shù)sound語(yǔ)句N=length(x4);M=log(N)/log(2);Q=round(M);S=2^Q;n=[0:N-1];%從0取到N-1X=fft(x4);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=fs/18;f=n/N*Fs;figure(4);subplot(2,1,1);plot(n,x4);%繪制原音頻信號(hào)title('欠采樣后原始音頻信號(hào)');Amp=abs(X)/(S/2);Amp(1,:)=Amp(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('欠采樣后音頻的幅度譜');頻譜分析：由第一段程序?qū)λ玫囊纛l進(jìn)行頻譜分析所得頻譜圖可知，這段音頻的最大頻率為1750Hz，也就可以確定三種采樣所用的采樣頻率。由采樣定理知，臨界采樣和過(guò)采樣對(duì)聲音不會(huì)有太大影響，臨界采樣讓相鄰頻譜緊靠，過(guò)采樣讓相鄰頻譜分開一段距離。而欠采樣則讓頻譜不全，聲音聽起來(lái)低沉暗啞。2.3第（4）版塊：對(duì)語(yǔ)音實(shí)現(xiàn)幾種常見變化2.3.1板塊要求實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的快放、慢放、倒放、回聲、男女變聲。

2.3.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼①實(shí)現(xiàn)對(duì)錄音內(nèi)容倒放[x,fs,Nbits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');x=flipud(x)wavplay(x,fs);%對(duì)加載的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行回放②實(shí)現(xiàn)錄音內(nèi)容回聲[x,fs,bits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取語(yǔ)音信號(hào)n1=0:2000;b=x(:,1);%產(chǎn)生單聲道信號(hào)N=3;M=length(x);yy2=filter(1,[1,zeros(1,80000/(N+1)),0.7],[b',zeros(1,40000)]);%IIR濾波器進(jìn)行濾波figure(3)subplot(2,1,1);plot(yy2);%三次回聲濾波器時(shí)域波形title('三次回聲濾波器時(shí)域波形');YY2=fft(yy2);%對(duì)三次回聲信號(hào)做FFT變換subplot(2,1,2);plot(n1(1:1000),YY2(1:1000)/M);%三次回聲濾波器頻譜圖title('三次回聲濾波器頻譜圖');figure(4)subplot(2,1,1);plot(abs(YY2)/M);%經(jīng)傅里葉變換之后的信號(hào)的幅值title('幅值');subplot(2,1,2);plot(angle(YY2));%經(jīng)傅里葉變換之后的信號(hào)的相位title('相位');sound(5*yy2,fs,bits);%經(jīng)三次回聲濾波器后的語(yǔ)音信號(hào)，乘以5是為了加強(qiáng)信號(hào)③實(shí)現(xiàn)對(duì)錄音內(nèi)容快放[x1,fs]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址N=length(x1);n=[0:N-1];X=fft(x1);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=1*fs;f=n/N*Fs;t=0:1/fs:(N-1)/fs;figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,x1/N);%繪制原音頻信號(hào)title('原音頻信號(hào)');subplot(2,1,2);plot(f,abs(X)/N);%繪制頻譜圖title('音頻的幅度譜');sound(x1,1.5*fs);%以1.5倍速度播放Fs2=1.5*fs;t2=0:1/Fs2:(N-1)/Fs2;f2=n/N*Fs2;figure(2);subplot(2,1,1);plot(t2,x1/N);title('快放后的音頻信號(hào)');subplot(2,1,2);plot(f2,abs(X)/N);title('快放后的幅度譜');④實(shí)現(xiàn)對(duì)錄音內(nèi)容慢放[x1,fs]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取音頻文件，識(shí)別的是地址N=length(x1);n=[0:N-1];X=fft(x1);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=1*fs;f=n/N*Fs;t=0:1/fs:(N-1)/fs;figure(1);subplot(2,1,1);plot(t,x1/N);%繪制原音頻信號(hào)title('原音頻信號(hào)');subplot(2,1,2);plot(f,abs(X)/N);%繪制頻譜圖title('音頻的幅度譜');sound(x1,0.5*fs);%以0.5倍速度播放Fs2=0.5*fs;t2=0:1/Fs2:(N-1)/Fs2;f2=n/N*Fs2;figure(2);subplot(2,1,1);plot(t2,x1/N);title('慢放后的音頻信號(hào)');subplot(2,1,2);plot(f2,abs(X)/N);title('慢放后的幅度譜');⑤⑤實(shí)現(xiàn)男女變聲（實(shí)現(xiàn)男女變聲都需調(diào)用一個(gè)voice函數(shù)）functionY=voice(x,f)%更改采樣率使基頻改變f>1降低;f<1升高f=round(f*1000);d=resample(x,f,1000);%時(shí)長(zhǎng)整合使語(yǔ)音文件恢復(fù)原來(lái)時(shí)長(zhǎng)W=400;Wov=W/2;Kmax=W*2;Wsim=Wov;xdecim=8;kdecim=2;X=d';F=f/1000;Ss=W-Wov;xpts=size(X,2);ypts=round(xpts/F);Y=zeros(1,ypts);xfwin=(1:Wov)/(Wov+1);ovix=(1-Wov):0;newix=1:(W-Wov);simix=(1:xdecim:Wsim)-Wsim;padX=[zeros(1,Wsim),X,zeros(1,Kmax+W-Wov)];Y(1:Wsim)=X(1:Wsim);lastxpos=0;km=0;forypos=Wsim:Ss:(ypts-W)xpos=round(F*ypos);kmpred=km+(xpos-lastxpos);lastxpos=xpos;if(kmpred<=Kmax)km=kmpred;elseysim=Y(ypos+simix);rxy=zeros(1,Kmax+1);rxx=zeros(1,Kmax+1);Kmin=0;fork=Kmin:kdecim:Kmaxxsim=padX(Wsim+xpos+k+simix);rxx(k+1)=norm(xsim);rxy(k+1)=(ysim*xsim');endRxy=(rxx~=0).*rxy./(rxx+(rxx==0));km=min(find(Rxy==max(Rxy))-1);endxabs=xpos+km;Y(ypos+ovix)=((1-xfwin).*Y(ypos+ovix))+(xfwin.*padX(Wsim+xabs+ovix));Y(ypos+newix)=padX(Wsim+xabs+newix);endendⅠ.男聲變女聲[y,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取聲音文件x=y(:,1);%讀入的y矩陣有兩列,取第1列y1=voice(x,0.40);%調(diào)整voice()第2個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換音調(diào),>1降調(diào),<1升調(diào),y1為x轉(zhuǎn)換后的聲音N=length(x);M=length(y1);n=0:N-1;m=0:M-1;X=fft(x);Y=fft(y1);%傅里葉變換Fs=2*fs;%2倍頻T=1/Fs;T1=1/Fs/0.40;f=n/N*Fs;f1=m/M*Fs*0.40;t=n*T;t1=m*T1;figure;subplot(2,1,1);plot(t,x);xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換前的波形');subplot(2,1,2);plot(t1,y1);xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換后的波形');figure;subplot(2,1,1);plot(f,abs(X)/N);xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換前的頻譜');subplot(2,1,2);plot(f1,abs(Y)/M);xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換后的頻譜');sound(y1,fs,nbits);Ⅱ.女聲變男聲[y,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本2.wav');%讀取聲音文件x=y(:,1);%讀入的y矩陣有兩列,取第1列y1=voice(x,1.6);%調(diào)整voice()第2個(gè)參數(shù)轉(zhuǎn)換音調(diào),>1降調(diào),<1升調(diào),y1為x轉(zhuǎn)換后的聲音N=length(x);M=length(y1);n=0:N-1;m=0:M-1;X=fft(x);Y=fft(y1);%傅里葉變換Fs=2*fs;%2倍頻T=1/Fs;T1=1/Fs/1.61;f=n/N*Fs;f1=m/M*Fs*1.61;t=n*T;t1=m*T1;figure;subplot(2,1,1);plot(t,x);xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換前的波形');subplot(2,1,2);plot(t1,y1);xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換后的波形');figure;subplot(2,1,1);plot(f,abs(X)/N);xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換前的頻譜');subplot(2,1,2);plot(f1,abs(Y)/M);xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('轉(zhuǎn)換后的頻譜');sound(y1,fs,nbits);wavwrite(y1,1*fs,'D:\matlab\語(yǔ)音樣本2.wav')經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)整理可知：女聲基頻=男聲基頻*1.5，本程序是通過(guò)抽樣與插值的方式來(lái)達(dá)到基頻的改變。2.4第（5）版塊：調(diào)制、解調(diào)2.4.1版塊要求：對(duì)采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，觀測(cè)調(diào)制與解調(diào)前后信號(hào)的變化。

2.4.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼：語(yǔ)音信號(hào)與高頻正弦載波相調(diào)制，比較其頻譜變化，回放信號(hào)，比較是與眾語(yǔ)音信號(hào)變化。將調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，回放信號(hào)，比較時(shí)域中語(yǔ)音信號(hào)變化。1.調(diào)制所謂調(diào)制就是在傳送信號(hào)的一方將所要傳送的信號(hào)附加在高頻振蕩上，再由天線發(fā)射出去。這里高頻振蕩波就是攜帶信號(hào)的運(yùn)載工具，也叫載波。振幅調(diào)制，就是由調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅，直至隨調(diào)制信號(hào)做線性變化。在線性調(diào)制系列中，最先應(yīng)用的一種幅度調(diào)制是全調(diào)幅或常規(guī)調(diào)幅，簡(jiǎn)稱為調(diào)幅（AM）。在頻域中已調(diào)波頻譜是基帶調(diào)制信號(hào)頻譜的線性位移；在時(shí)域中，已調(diào)波包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)波形呈線性關(guān)系。設(shè)正弦載波c(t)=Acos(ω0t+)式中，A為載波幅度；ω0為載波角頻率；為載波初始相位(假設(shè)=0).調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）為m(t)。根據(jù)調(diào)制的定義，振幅調(diào)制信號(hào)（已調(diào)信號(hào)）一般可以表示.標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅波（AM）產(chǎn)生原理：調(diào)制信號(hào)是只來(lái)來(lái)自信源的調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)可以是模擬的，亦可以是數(shù)字的。為首調(diào)制的高頻振蕩信號(hào)可稱為載波，它可以是正弦波，亦可以是非正弦波(如周期性脈沖序列)。載波由高頻信號(hào)源直接產(chǎn)生即可，然后經(jīng)過(guò)高頻功率放大器進(jìn)行放大，作為調(diào)幅波的載波，調(diào)制信號(hào)由低頻信號(hào)源直接產(chǎn)生，二者經(jīng)過(guò)乘法器后即可產(chǎn)生雙邊帶的調(diào)幅波。設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為，調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為，則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為2.解調(diào)從高頻已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)(demodulation)，又稱為檢波(detection)。對(duì)于振幅調(diào)制信號(hào)，解調(diào)(demodulation)就是從它的幅度變化上提取調(diào)制信號(hào)的過(guò)程。解調(diào)(demodulation)是調(diào)制的逆過(guò)程?？衫贸朔e型同步檢波器實(shí)現(xiàn)振幅的解調(diào)，讓已調(diào)信號(hào)與本地恢復(fù)載波信號(hào)相乘并通過(guò)低通濾波可獲得解調(diào)信號(hào)。程序如下：clear;%數(shù)據(jù)清零[f1,fs,nbits]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%聲音文件的載入f1=f1(:,1);%對(duì)信號(hào)f1取單聲道figure(1);%圖像繪制，創(chuàng)建圖形窗1subplot(2,1,1);%在一幅圖內(nèi)分成一個(gè)兩行一列的兩個(gè)區(qū)域，取第一個(gè)區(qū)域N=length(f1);%計(jì)算信號(hào)長(zhǎng)度Nt=0:1/fs:(N-1)/fs;%時(shí)間長(zhǎng)度t從0到（N-1）/fs。每隔1/fs取個(gè)間隔點(diǎn)plot(t,f1);title('信息信號(hào)的時(shí)域波形');%畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形fy1=fft(f1);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行FFT變換w1=0:fs/(N-1):fs;%頻率ω1從0到fs,每隔fs/(N-1)間隔取點(diǎn)subplot(2,1,2);%對(duì)上述兩個(gè)區(qū)域取第二個(gè)區(qū)域plot(w1,abs(fy1)/N);title('信息信號(hào)的頻譜');%畫出語(yǔ)音信號(hào)的FFT頻譜圖sound(f1,fs,nbits);%播放原始信號(hào)pause(3);%延遲3秒（語(yǔ)音文件3秒左右）f2=cos(22000*pi*t);%載波信號(hào)figure(2);%創(chuàng)建圖形窗2subplot(2,1,1);%在一幅圖內(nèi)分成一個(gè)兩行一列的兩個(gè)區(qū)域，取第一個(gè)區(qū)域fy2=fft(f2);%對(duì)信號(hào)f2進(jìn)行FFT變換N2=length(f2);%計(jì)算信號(hào)f2長(zhǎng)度N2w2=0:fs/(N2-1):fs;%求頻率ω2plot(w2,abs(fy2)/N);title('載波信號(hào)的頻譜');%畫出載波信號(hào)的FFT頻譜圖調(diào)制部分：f3=f1'.*f2;%對(duì)信號(hào)f1代表的矩陣轉(zhuǎn)置和信號(hào)f2對(duì)應(yīng)的矩陣求點(diǎn)積subplot(2,1,2);%對(duì)上述兩個(gè)區(qū)域取第二個(gè)區(qū)域fy3=fft(f3);%f3進(jìn)行FFT變換plot(w1,abs(fy3)/N);title('已調(diào)信號(hào)的頻譜');%畫出已調(diào)信號(hào)f3的頻譜圖sound(f3,fs,nbits);%播放已調(diào)語(yǔ)音信號(hào)f3pause(3);%延遲3秒解調(diào)部分：f4=f3.*f2;%信號(hào)f3和f2點(diǎn)乘求積figure(3);%創(chuàng)建圖形窗3fy4=fft(f4);%對(duì)信號(hào)f4求FFT變換plot(w1,abs(fy4)/N);title('解調(diào)信號(hào)頻譜');%畫出解調(diào)信號(hào)f4的頻譜圖sound(f4,fs,nbits);%播放解調(diào)后語(yǔ)音f4信號(hào)pause(3);%延遲3秒低通濾波器部分：fp1=0;fs1=5000;As1=100;%設(shè)置低通濾波器的參數(shù)wp1=2*pi*fp1/fs;ws1=2*pi*fs1/fs;%將模擬頻率轉(zhuǎn)變成數(shù)字頻率BF1=ws1-wp1;%計(jì)算濾波器過(guò)渡帶寬度wc1=(wp1+ws1)/2;%計(jì)算通帶截止頻率M1=ceil((As1-7.95)/(2.286*BF1))+1;%計(jì)算凱塞濾波器階數(shù)NN1=M1+1;%窗的點(diǎn)數(shù)beta1=0.1102*(As1-8.7);Window=(kaiser(N1,beta1));%求凱塞窗窗函數(shù)b1=fir1(M1,wc1/pi,Window);%wc1/pi為歸一化，窗函數(shù)法設(shè)計(jì)函數(shù)figure(4);%創(chuàng)建圖形窗4freqz(b1,1,512);title('FIR低通濾波器的頻率響應(yīng)');%由離散系統(tǒng)頻率特征函數(shù)freqz函數(shù)畫出濾波器的頻率響應(yīng)圖f4_low=filter(b1,1,f4);%對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波plot(t,f4_low);title('濾波后的解調(diào)信號(hào)時(shí)域波形');%畫出濾波后解調(diào)信號(hào)時(shí)域波形sound(f4_low,fs,nbits);%播放濾波后語(yǔ)音信號(hào)f5=fft(f4_low);%對(duì)濾波后信號(hào)實(shí)現(xiàn)FFT變換figure(5);%創(chuàng)建圖形窗5plot(w1,abs(f5)/N);title('濾波后的解調(diào)信號(hào)頻譜')%畫出濾波后解調(diào)信號(hào)頻譜圖2.4.3Matlab仿真結(jié)果圖：圖一：原始信號(hào)頻譜圖二：已調(diào)信號(hào)的頻譜圖三：解調(diào)信號(hào)頻譜圖四：濾波后信號(hào)的時(shí)域波形圖五：濾波后信號(hào)的頻域波形頻譜分析：由于調(diào)制解調(diào)采用的是男聲，故圖一中聲音的頻譜基本集中在低頻段；由圖二可知，對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行加噪聲處理，在低頻段信號(hào)的頻譜由有明顯的下降，所加噪聲對(duì)應(yīng)的頻率段有明顯信號(hào)的振幅增加，且在所加噪聲頻率段有明顯的頻率集中；由圖三可知，解調(diào)后的頻譜，恢復(fù)了信號(hào)的低頻頓的頻譜振幅，消除了噪聲頻率段的影響，加強(qiáng)了中頻段的頻譜；由圖四，圖五知，經(jīng)過(guò)低通濾波器處理之后，與原始信號(hào)相比，很明顯，濾波后的聲音信號(hào)保留了原始信號(hào)的有效成分，突出了低頻段的頻譜，更除去了一定的干擾信號(hào)（即噪聲）。2.5第（6）版塊：加噪、濾波2.5.1板塊要求對(duì)語(yǔ)音信號(hào)加噪，然后進(jìn)行濾波，分析不同的濾波方式對(duì)信號(hào)的影響。

2.5.2版塊分析及具體實(shí)現(xiàn)代碼：（1）語(yǔ)音信號(hào)的采集與分析：錄制了一段5秒左右的音頻，然后在MATLAB軟件平臺(tái)下，利用函數(shù)wavread對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣，再運(yùn)用plot函數(shù)畫出語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形，最后在語(yǔ)音信號(hào)頻譜分析時(shí)運(yùn)用fft對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到頻譜特性圖形。人為的設(shè)定了一個(gè)隨機(jī)的噪聲，運(yùn)用函數(shù)randn產(chǎn)生隨機(jī)噪聲，加在原音頻信號(hào)上。使用凱瑟窗分別產(chǎn)生低通濾波器，帶通濾波器，高通濾波器。低通濾波器圖像：帶通濾波器圖像：高通濾波器圖像：添加一個(gè)隨機(jī)的高斯白噪聲程序：[x1,fs]=wavread('D:\matlab\語(yǔ)音樣本.wav');%讀取語(yǔ)音信號(hào)數(shù)據(jù)sound(x1,fs);%播放語(yǔ)音信號(hào)N=length(x1);M=log(N)/log(2);Q=round(M);S=2^Q;n=[0:N-1];%從0取到N-1X1=fft(x1);%進(jìn)行傅里葉變換Fs=1*fs;f=n/N*Fs;figure(1);subplot(2,1,1);plot(n,x1);%繪制原音頻信號(hào)title('原始音頻信號(hào)');Amp1=abs(X1)/(S/2);Amp1(1,:)=Amp1(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp1);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜圖title('音頻的幅度譜');noise=0.1*randn(N,2);x2=x1+noise;%取原始語(yǔ)音信號(hào)的單聲部信號(hào)然后和噪聲信號(hào)相加sound(x2,fs);%播放語(yǔ)音信號(hào)X2=fft(x2);figure(2);%創(chuàng)建圖形窗subplot(2,1,1);%創(chuàng)建兩行一列繪圖區(qū)間的第1個(gè)繪圖區(qū)間plot(n,x2);title('加噪后的信號(hào)');Amp2=abs(X2)/(S/2);Amp2(1,:)=Amp2(1,:)/2;subplot(2,1,2);plot(f,Amp2);axis([0,4000,0,0.01])%繪制頻譜title('加噪后的信號(hào)頻譜');低通濾波：%濾波器參數(shù)fp=1000;%通帶邊緣頻率fc=1200;%阻帶邊緣頻率As=100;%阻帶最小衰減Ap=1;%通帶峰值起伏%轉(zhuǎn)換為數(shù)字域參數(shù)wc=2*fc/fs;wp=2*fp/fs;N=ceil((As-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1;%濾波器階數(shù)beta=0.1102*(As-8.7);%凱澤窗參數(shù)betaWin=Kaiser(N+1,beta);%生成窗函數(shù)b=fir1(N,wc,Win);%設(shè)計(jì)濾波器figure(3)freqz(b,1,512,fs);%畫出頻譜圖x=fftfilt(b,x2);%濾波X=fft(x,4096);%FFTsound(x,fs);%回放語(yǔ)音信號(hào)figure(4)subplot(2,1,1),plot(x);title('濾波后信號(hào)波形');subplot(2,1,2),plot(abs(X));title('濾波后信號(hào)頻譜');經(jīng)過(guò)低通濾波后，音頻信號(hào)中的噪聲被消除了很多，因?yàn)橐纛l信號(hào)本身就是集中在低頻段，所以經(jīng)過(guò)低通濾波器后，信號(hào)被恢復(fù)。帶通濾波：%濾波器參數(shù)fp1=1200;fp2=3000;fc1=1000;fc2=3200;As=100;Ap=1;%濾波器參數(shù)wc1=2*fc1/fs;wp1=2*fp1/fs;wc2=2*fc2/fs;wp2=2*fp2/fs;width=min((wp1-wc1),(wc2-wp2));%轉(zhuǎn)換為數(shù)字域參數(shù)N=ceil((As-7.95)/(14.36*width/2))+1;%計(jì)算濾波器的階數(shù)，ceil（x）取大于等于x的最小整數(shù)beta=0.1102*(As-8.7);%計(jì)算凱瑟窗控制參數(shù)Win=Kaiser(N+1,beta);%生成窗函數(shù)wc=[wc1,wc2];%計(jì)算理想帶通濾波器通帶截止頻率b=fir1(N,wc,Win);%調(diào)用firl函數(shù)freqz(b,1,512,fs);%畫出濾波器頻譜圖，設(shè)置最大幅度為1x=fftfilt(b,x2);%進(jìn)行濾波X=fft(x,4096);%FFTsound(x,fs);%回放語(yǔ)音信號(hào)subplot(2,1,1),plot(x);title('濾波后信號(hào)波形');subplot(2,1,2),plot(abs(X));title('濾