音频信号采集与传输.docx
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音频信号采集与传输
《信号与系统》
——综合性设计性实验报告
标题：
音频信号采集与传输
组长：
学号
成员：
学号
学号
学号
实验时间：
2011年6月20日 星期一第1、2节
2011年6月27日 星期一第1、2节
实验地点：
电子信息楼617
实验课室：
机械与电气工程学院
电子信息工程系
信息工程专业
教师：
胡晓
1、课题设计流程 3
2、课题设计理论基础 3
2.1信号的采集 3
2.2频谱分析 3
2.3调制与解调 3
2.4高斯白噪声 4
2.5滤波 4
3、课题设计（程序） 4
4、课题设计效果（效果图） 6
5、课题设计总结 7
6、心得体会 7
1、课题设计流程
用matlab录制音频文件
频谱分析
调制
解调
滤波
扬声器
2、课题设计理论基础
2.1信号的采集
用matlab录制5秒mic声音，y=wavrecord（5*fs,fs,'int16'），其中采样率为44100，时长为5*fs，然后用wavplay（y,fs）;语句播放出来，再写成以xinhao_test01命名的wav文件。
Y也可以直接用windows自带的录音工具进行录音，并直接读取[y,fs,bits]=wavread（'xinhao_test01.wav'），然后对声音进行回放sound（y,fs），感觉效果。
2.2频谱分析
快速傅里叶变换原理：
在matlab的信号处理工具箱中函数FFT用于快速傅里叶变换，此次实验调用FFT函数的一种格式y=fft（x,N）,其中x是序列，y是序列的FFT，N为正整数，函数执行N点的FFT，由于实验中fs=44100，所以取N=2^16，由于经过fft求得的y一般是复序列，所以用其幅值进行分析，可以用函数abs（y）进行计算复向量y的幅值。
由于用matlab自带的FFT快速傅里叶变换得到的幅频图的横坐标是从1到1/2fs,是从低频到高频，再由1/2fs到1，是从高频到低频，实验中用语句Y0（2^N/2+1:
2^N）=Y（1:
2^N/2），
Y0（1:
2^N/2）=Y（2^N/2+1:
2^N）（其中N=16）。
这样就可以将幅频图变成横坐标原点是低频，向坐标的正负端频率逐渐递增的形式，这是平常傅里叶变换得到的幅频图横坐标。
2.3调制与解调
调制与解调原理：
用9000Hz的载波频率对原信号进行调制，用y_mod=modulate（y,fc,fs,'am'），其中am是调频。
同样，最后还需将幅频图的横坐标转化成平常的傅里叶变换的横坐标，方法跟频谱分析一样。
在加入高斯白噪声后对信号进行解调，y1=demod（y_mod1,fc,fs,'am'），其中信号y_mod1是原信号调制并加入高斯白噪声后的信号，同样，也要对幅频图进行调整，方法同上。
2.4高斯白噪声
本次实验加入20db的高斯白噪声，用语句y_mod1=awgn（y_mod,20,'measured'）。
其中y_mod是调制后的信号。
同样，也要对幅频图进行调整，方法同上。
2.5滤波
设计低通滤波器，[B,A]=butter（n,Wn,'ftype'），其中B，A分别是系统函数分子和分母表达式系数向量，n为滤波器阶数，Wn为滤波器的截止频率，ftype指定滤波器的类型，这次实验用到低通滤波器，所以用“low”.
3、课题设计（程序）
clearall;
closeall;
clc;
%录制语音信号
%fs=44100;
%bits=16;
%y=wavrecord（5*fs,fs,'int16'）; %录制5秒mic声音
%wavplay（y,fs）; %播放出来
%wavwrite（y,fs,bits,'xinghao_test'）;
%直接读取wav文件
[y,fs,bits]=wavread（'xinhao_test01.wav'）;
%数据分析
N=16;
figure
（1）
subplot（221）,plot（y）;xlabel（'t'）,title（'信号原始波形'）;
Y=fft（y,2^N）;
Y0（2^N/2+1:
2^N）=Y（1:
2^N/2）;
Y0（1:
2^N/2）=Y（2^N/2+1:
2^N）;
ff=fs*（-（2^N/2-1）:
2^N/2）/2^N;
subplot（223）,plot（ff,abs（Y0））;xlabel（'Hz'）,title（'信号原始频率'）;
%信号调制
fc=9000; %载波频率
y_mod=modulate（y,fc,fs,'am'）; %对原语音信号调制
subplot（222）;plot（y_mod）,xlabel（'t'）,title（'调制后信号波形'）
YY0=fft（y_mod,2^N）;
Y1（2^N/2+1:
2^N）=YY0（1:
2^N/2）;
Y1（1:
2^N/2）=YY0（2^N/2+1:
2^N）;
subplot（224）,plot（ff,abs（Y1））;xlabel（'Hz'）,title（'信号调制后频率'）;
%加高斯白噪声
y_mod1=awgn（y_mod,20,'measured'）;
figure
（2）;
subplot（221）;plot（y_mod1）,xlabel（'t'）,title（'加入高斯白噪声后波形'）
YY1=fft（y_mod1,2^N）;
Y2（2^N/2+1:
2^N）=YY1（1:
2^N/2）;
Y2（1:
2^N/2）=YY1（2^N/2+1:
2^N）;
subplot（223）,plot（ff,abs（Y2））;xlabel（'Hz'）,title（'加入高斯白噪声后频率'）;
%信号解调
y1=demod（y_mod1,fc,fs,'am'）;
subplot（222）;plot（y1）,xlabel（'t'）,title（'信号解调后波形'）
YY2=fft（y1,2^N）;
Y3（2^N/2+1:
2^N）=YY2（1:
2^N/2）;
Y3（1:
2^N/2）=YY2（2^N/2+1:
2^N）;
subplot（224）,plot（ff,abs（Y3））;xlabel（'Hz'）,title（'信号解调后频率'）;
sound（y1,fs,bits）;
fn=fs/2;
%设计低通滤波器
[B,A]=butter（10,5200/fn,'low'）;
h1=dfilt.df2（B,A）;
h13=fvtool（h1,'FrequencyScale','Linear'）;
y1_fil=filter（B,A,y1）;
subplot（211）;
plot（y1_fil）;
title（'低通滤波后信号波形'）;
sound（y1_fil,fs）;
Y1_fil=fft（y1_fil,2^N）;
Y_fil（2^N/2+1:
2^N）=Y1_fil（1:
2^N/2）;
Y_fil（1:
2^N/2）=Y1_fil（2^N/2+1:
2^N）;
subplot（212）;
plot（ff,abs（Y_fil））;
title（'低通滤波后信号频谱'）;
4、课题设计效果
调制分析：
分析上图，使用调幅调制，使得信号的主频率由原始信号的0Hz,移动到载波频率9000Hz，信号在各个频率上的幅度减半，这就是调幅调制。
加入噪音后的波形与原始波形有明显的分别，见开始部分；高斯白噪音的频谱是平均分布的，但在时域上时正态分布的。
从图可看出低通滤波器。
用fvtool直接绘制幅度-频率曲线和延时-频率曲线。
处理得到的波形与原始信号的波形基本相同，声音听起来只是比原来的声音音量小一点，音调低一点。
总的来说，这次实验很成功！
5、课题设计总结
通过本次实验，明白以下：
（1）借助声卡等设备，采集一段声音；
（2）对采样后的声音信号进行频谱分析；
（3）对采样后的声音信号进行调制，模仿通过高斯白噪声信道传输；
（4）对传输信号进行解调和重构，并进行频谱分析；
（5）通过重构信号的重放，分析效果，并分析原因
6、心得体会
陈廷杰：
负责信号的采集，频谱分析，编写实验报告
本次实验从着手到完成课题设计的要求，用了将近两周时间。
实验过程中，经历了一些问题，所以的问题不是一个人可以解决的。
但是经过小组成员的合作，将这些问题都解决，并完成课题设计的要求。
在信号采集方面先用了MATLAB进行录制，但录制结果出现了相当大的噪声（具体不知什么原因），因为会影响实验，所以最后用了Windows的录音工具进行录音，减少了噪声。
实验顺利进行
本次实验是基于MATLAB设计的，在之前的学习以及完成课后的作业的过程中，已经使用过MATLAB，对其有了一些基础的了解和认识。
通过这次练习是我进一步了解了信号的产生、采样及频谱分析的方法。
以及其中产生信号和绘制信号的基本命令和一些基础编程语言。
让我感受到只有在了解课本知识的前提下，才能更好的应用这个工具；并且熟练的应用MATLAB也加深了我对课程的理解，开阔我的思维。
这次设计使我了解了MATLAB的使用方法，学会分析滤波器的优劣和性能，提高了分析和动手实践能力。
同时我相信，进一步加强对MATLAB的学习对我今后的专业学习将会起到很大的帮助。
所以这次实验后也使我们更进一步地了解和掌握MATLAB的使用
林慧镔：
负责信号调制解调，高斯噪声。
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