MATLAB课程设计报告语音信号的采集与处理.docx
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MATLAB课程设计报告语音信号的采集与处理
MATLAB
课程设计
学院：
电气信息工程学院
课题：
语音信号的采集与处理
班级：
电信1201
组长：
组员：
指导老师：
语音信号的采集与处理
一、实验要求
（1）本课程设计要求掌握MATLAB语言特性、数学运算和图形表示；掌握MATLAB程序设计方法在信息处理方面的一些应用；掌握在Windows环境下，利用MATLAB进行语音信号采集与处理的基本方法。
（2）本课程设计分为基础与综合设计题目，其中基础题目为MATLAB基本训练（必做）；对于综合设计题，需按照任务书要求，对设计过程所进行的有关步骤进行理论分析，并对完成的设计作出评价，总结自己整个设计工作中的经验教训、收获；在课设最后一天提交课程设计报告，报告必须按照统一格式打印，装订成册。
二、实验内容
1、利用windows自带的录音机或者其它录音软件，录制几段语音信号（要有几种不同的声音，要有男声、女声）。
2、对录制的语音信号进行频谱分析，确定该段语音的主要频率范围，由此频率范围判断该段语音信号的特点（低沉or尖锐？
）
3、利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临界采样）对信号的影响。
这里涉及到采样下重采样的问题，请大家思考如何去做。
4、实现语音信号的快放、慢放、倒放、回声、男女变声。
5、对采集到的语音信号进行调制与解调，观测调制与解调前后信号的变化。
6、对语音信号加噪，然后进行滤波，分析不同的滤波方式对信号的影响。
7、如果精力和时间允许，鼓励利用MATLABGUI制作语音信号采集与分析演示系统。
三、MATLAB仿真
任务一（陈康负责）
1.利用频谱的分析
利用Windows下的录音机,录制一段男生和女生的语音,存为*.WAV的文件。
然后在Matlab软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。
首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换（FFT变换）,得到信号的频谱特性，分析语音信号频谱。
源程序：
fs=44100;
[x,fs,Nbits]=wavread（'E:
\GQQQ\leo'）;
derta_fs=fs/length（x）;
t=0:
1/44100:
（length（x）-1）/44100;
sound（x,fs）;%对加载的语音信号进行回放
figure
（1）
plot（t,x）%做原始语音信号的时域图形
title（'原始语音信号'）;
xlabel（'timen'）;
ylabel（'fuzhin'）;
n=length（x）;%求出语音信号的长度
y1=fft（x,n）;%傅里叶变换
w=1/n*[0:
n-1]*fs;
figure
（2）
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（y1）*2/n））;%做原始语音信号的FFT频谱图
title（'原始语音信号FFT频谱'）
频谱分析对比
运行结果：
女生：
频谱分析：
从300hz到2000hz都有分布，主要集中在300—1200Hz，声音尖锐，是女生频谱。
男生:
频谱分析：
从200hz到1000hz都有分布，集中在300—1000Hz声音低沉，是男生频谱。
任务二（詹筱珊负责）
利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临界采样）对信号的影响。
这里涉及到采样下重采样的问题，请大家思考如何去做。
源程序：
clear;
[y,fs,bits]=wavread（'E:
\GQQQ\WOMAN'）;%x语音数据fs采样频率bits采样点数
sound（y,fs,bits）;%话音回放
n=length（y）;%求出语音信号的长度
derta_fs=fs/length（y）;
Y=fft（y,n）;%傅里叶变换
figure
（1）;
subplot（2,1,1）;
plot（y）;
title（'原始信号波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（Y）*2/n））;
title（'原始信号频谱'）;grid
y1=decimate（y,2）;%采样频率为22050Hz，过采样
fs1=fs/2;
sound（y1,fs1,bits）;%话音回放
n1=length（y1）;%求出语音信号的长度
derta_fs=fs/length（y1）;
Y1=fft（y1,n1）;%傅里叶变换
figure
（2）;
subplot（2,1,1）;
plot（y1）;
title（'过采样信号波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（Y1）*2/n1））;
title（'过采样信号频谱'）;grid
y2=decimate（y,4）;%每4个取一个，采样频率为11025Hz接近临界采样
fs2=fs/4;
sound（y2,fs2,bits）;%话音回放
n2=length（y2）;%求出语音信号的长度
derta_fs=fs/length（y2）;
Y2=fft（y2,n2）;%傅里叶变换
figure（3）;
subplot（2,1,1）;
plot（y2）;
title（'临界采样信号波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（Y2）*2/n2））;
title（'临界采样信号频谱'）;grid
y3=decimate（y,8）;%抽取函数，频率变为原来1/8，欠采样
fs2=fs/8;
sound（y2,fs2,bits）;%话音回放
n3=length（y3）;%求出语音信号的长度
derta_fs=fs/length（y3）;
Y3=fft（y3,n3）;%傅里叶变换
figure（4）;
subplot（2,1,1）;
plot（y3）;
title（'欠采样信号波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（Y3）*2/n3））;
title（'欠采样信号频谱'）;grid
运行结果：
任务三（郭前负责）
实现语音信号的快放、慢放、倒放、回声、男女变声
源程序：
%变速-快放%
fs=25600;
[z,fs,nbits]=wavread（'E:
\GQQQ\leo'）;%读取声音文件
derta_fs=fs/length（z）;
x=z（:
1）;%读入的y矩阵有两列,取第1列
y1=voice（x,1.5）;%调整voice（）第2个参数转换音调,>1降调,<1升调,y1为x转换后的声音
w=1.5;
F=w*fs;%w>1为快放，w<1为慢放
sound（y1,F）
N=length（x）;M=length（y1）;
n=0:
N-1;m=0:
M-1;
X=fft（x）;Y=fft（y1）;%傅里叶变换
T=1/fs;T1=1/（fs*w）;
f=n/N*fs;f1=m/M*fs*w;
t=n*T;t1=m*T1;
figure;
subplot（2,1,1）;
plot（t,x）;
xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅值'）;title（'转换前的波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（t1,y1）;
xlabel（'t/s'）;ylabel（'幅值'）;title（'转换后的波形'）;
figure;
subplot（2,1,1）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（X））*2/N）;
xlabel（'frequency/Hz'）;ylabel（'幅值'）;title（'转换前的频谱'）;
subplot（2,1,2）;
plot（[-fs/2:
derta_fs:
fs/2-derta_fs],abs（fftshift（Y））*2/N）;
xlabel（'frequency/Hz'）;ylabel（'幅值'）;title（'转换后的频谱'）;
快放：
快放之后时间缩短。
慢放：
慢放之后时间变长。
倒放
fs=22050;
[x,fs,Nbits]=wavread（'E:
\GQQQ\leo'）;
t=0:
1/22050:
（length（x）-1）/22050;%对加载的语音信号进行回放
y=flipud（x）%对加载的语音信号实现翻转函数
figure
（1）
subplot（2,1,1）;
plot（x）;%声音的时域波形
title（'原声音的波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（y）;
title（'倒放后声音的波形'）;
wavplay（y,fs）;
回声：
[y,fs,nbits]=wavread（'E:
\GQQQ\WOMAN'）;
x=y（:
1）;
z=[zeros（50000,1）;x];%延时50000个点
x1=[x;zeros（50000,1）];%使原声音长度与延时后相等
y1=x1+0.4*z;%原声+延时衰减
figure
（2）
subplot（2,1,1）;
plot（x）;%声音的时域波形
title（'原声音的波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（y1）;
title（'加入回声的波形'）;
sound（5*y1,fs,nbits）;
男声转换为女声
[y,fs,nbits]=wavread（'E:
\GQQQ\leo'）;%读取声音文件
x=y（:
1）;%读入的y矩阵有两列,取第1列
y1=voice（x,0.71）;%调整voice（）第2个参数转换音调,>1降调,<1升调,y1为x转换后的声音
N=length（x）;M=length（y1）;
n=0:
N-1;m=0:
M-1;
X=fft（x）;Y=fft（y1）;%傅里叶变换
Fs=2*fs;%2倍频
T=1/Fs;T1=1/Fs*0.71;
f=n/N*Fs;f1=m/M*Fs/0.71;
derta_Fs=Fs/length（x）;
derta_Fs1=Fs/length（y1）;
t=n*T;t1=m*T1;
figure;
subplot（2,1,1）;
plot（t,x）;
xlabel（'t/s'）;ylabel（'magnitude'）;title（'转换前的波形'）;
subplot（2,1,2）;
plot（t1,y1）;
xlabel（'t/s'）;ylabel（'magnitude'）;title（'转换后的波形'）;
figure;
subplot（2,1,1）;
plot（[-Fs/2:
derta_Fs:
Fs/2-derta_Fs],abs（fftshift（X）*2/N））;
xlabel（'frequency/Hz'）;ylabel（'magnitude'）;title（'转换前的频谱'）;
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