数字信号处理实验8音频频谱分析仪设计与实现Word文件下载.docx
《数字信号处理实验8音频频谱分析仪设计与实现Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字信号处理实验8音频频谱分析仪设计与实现Word文件下载.docx（30页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
其中tin表示第n个过零点，yi为第i个采样点的值，Fs为采样频率。
2、数字信号统计量估计
（1）峰值P的估计
在样本数据x中找出最大值与最小值，其差值为双峰值，双峰值的一半即为峰值。
P=0.5[max（yi）-min（yi）]
（2）均值估计
式中，N为样本容量，下同。
（3）均方值估计
（4）方差估计
2、频谱分析原理
时域分析只能反映信号的幅值随时间的变化情况，除单频率分量的简单波形外，很难明确提示信号的频率组成和各频率分量大小，而频谱分析能很好的解决此问题。
（1）DFT与FFT
对于给定的时域信号y，可以通过Fourier变换得到频域信息Y。
Y可按下式计算
式中，N为样本容量，Δt=1/Fs为采样间隔。
采样信号的频谱是一个连续的频谱，不可能计算出所有的点的值，故采用离散Fourier变换（DFT），即
式中，Δf=Fs/N。
但上式的计算效率很低，因为有大量的指数（等价于三角函数）运算，故实际中多采用快速Fourier变换（FFT）。
其原理即是将重复的三角函数算计的中间结果保存起来，以减少重复三角函数计算带来的时间浪费。
由于三角函数计算的重复量相当大，故FFT能极大地提高运算效率。
（2）频率、周期的估计
对于Y（kΔf），如果当kΔf=时，Y（kΔf）取最大值，则为频率的估计值，由于采样间隔的误差，也存在误差，其误差最大为Δf/2。
周期T=1/f。
从原理上可以看出，如果在标准信号中混有噪声，用上述方法仍能够精确地估计出原标准信号的频率和周期，这个将在下一章做出验证
3、频谱图
为了直观地表示信号的频率特性，工程上常常将Fourier变换的结果用图形的方式表示，即频谱图。
以频率f为横坐标，|Y（f）|为纵坐标，可以得到幅值谱；
以频率f为横坐标，argY（f）为纵坐标，可以得到相位谱；
以频率f为横坐标，ReY（f）为纵坐标，可以得到实频谱；
以频率f为横坐标，ImY（f）为纵坐标，可以得到虚频谱。
根据采样定理，只有频率不超过Fs/2的信号才能被正确采集，即Fourier变换的结果中频率大于Fs/2的部分是不正确的部分，故不在频谱图中显示。
即横坐标f∈[0,Fs/2]
4、模块划分
模块化就是把程序划分成独立命名且可独立访问的模块，每个模块完成一个子功能，把这些模块集成起来构成一个整体，可以完成指定的功能满足用户需求。
根据人类解决一般问题的经验，如果一个问题由两个问题组合而成，那么它的复杂程度大于分别考虑每个问题时的复杂程度之和，也就是说把复杂的问题分解成许多容易解决的小问题，原来的问题也就容易解决了。
这就是模块化的根据。
在模块划分时应遵循如下规则：
改进软件结构提高模块独立性；
模块规模应该适中；
深度、宽度、扇出和扇入都应适当；
模块的作用域应该在控制域之内；
力争降低模块接口的复杂程度；
设计单入口单出口的模块；
模块功能应该可以预测。
3、实验要求：
参考以上原理，查阅相关资料，构建交互界面，设计一个音频频谱分析仪，实现一下功能：
（1）音频信号信号输入，从声卡输入、从WAV文件输入、从标准信号发生器输入；
（2）信号波形分析，包括幅值、频率、周期、相位的估计，以及统计量峰值、均值、均方值和方差的计算；
（3）信号频谱分析，频率、周期的估计，图形显示幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱和功率谱的曲线。
4、实验界面及程序
程序：
functionvarargout=yinpin（varargin）
%YINPINM-fileforyinpin.fig
%YINPIN,byitself,createsanewYINPINorraisestheexisting
%singleton*.
%
%H=YINPINreturnsthehandletoanewYINPINorthehandleto
%theexistingsingleton*.
%YINPIN（'
CALLBACK'
hObject,eventData,handles,...）callsthelocal
%functionnamedCALLBACKinYINPIN.Mwiththegiveninputarguments.
Property'
'
Value'
...）createsanewYINPINorraisesthe
%existingsingleton*.Startingfromtheleft,propertyvaluepairsare
%appliedtotheGUIbeforeyinpin_OpeningFunctiongetscalled.An
%unrecognizedpropertynameorinvalidvaluemakespropertyapplication
%stop.Allinputsarepassedtoyinpin_OpeningFcnviavarargin.
%*SeeGUIOptionsonGUIDE'
sToolsmenu.Choose"
GUIallowsonlyone
%instancetorun（singleton）"
.
%Seealso:
GUIDE,GUIDATA,GUIHANDLES
%Edittheabovetexttomodifytheresponsetohelpyinpin
%LastModifiedbyGUIDEv2.507-Nov-201217:
08:
53
%Begininitializationcode-DONOTEDIT
gui_Singleton=1;
gui_State=struct（'
gui_Name'
mfilename,...
'
gui_Singleton'
gui_Singleton,...
gui_OpeningFcn'
@yinpin_OpeningFcn,...
gui_OutputFcn'
@yinpin_OutputFcn,...
gui_LayoutFcn'
[],...
gui_Callback'
[]）;
ifnargin&
&
ischar（varargin{1}）
gui_State.gui_Callback=str2func（varargin{1}）;
end
ifnargout
[varargout{1:
nargout}]=gui_mainfcn（gui_State,varargin{:
}）;
else
gui_mainfcn（gui_State,varargin{:
%Endinitializationcode-DONOTEDIT
%---Executesjustbeforeyinpinismadevisible.
functionyinpin_OpeningFcn（hObject,eventdata,handles,varargin）
%Thisfunctionhasnooutputargs,seeOutputFcn.
%hObjecthandletofigure
%eventdatareserved-tobedefinedinafutureversionofMATLAB
%handlesstructurewithhandlesanduserdata（seeGUIDATA）
%varargincommandlineargumentstoyinpin（seeVARARGIN）
%Choosedefaultcommandlineoutputforyinpin
handles.output=hObject;
%Updatehandlesstructure
guidata（hObject,handles）;
%UIWAITmakesyinpinwaitforuserresponse（seeUIRESUME）
%uiwait（handles.figure1）;
%---Outputsfromthisfunctionarereturnedtothecommandline.
functionvarargout=yinpin_OutputFcn（hObject,eventdata,handles）
%varargoutcellarrayforreturningoutputargs（seeVARARGOUT）;
%Getdefaultcommandlineoutputfromhandlesstructure
varargout{1}=handles.output;
%---Executesduringobjectcreation,aftersettingallproperties.
functionedit1_CreateFcn（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletoedit1（seeGCBO）
%handlesempty-handlesnotcreateduntilafterallCreateFcnscalled
%Hint:
editcontrolsusuallyhaveawhitebackgroundonWindows.
%SeeISPCandCOMPUTER.
ifispc&
isequal（get（hObject,'
BackgroundColor'
）,get（0,'
defaultUicontrolBackgroundColor'
））
set（hObject,'
white'
）;
functioncaiyangpinlv_CreateFcn（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletocaiyangpinlv（seeGCBO）
functioncaiyangdianshu_CreateFcn（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletocaiyangdianshu（seeGCBO）
%---Executesonbuttonpressinluyin.
functionluyin_Callback（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletoluyin（seeGCBO）
get（hObject,'
）returnstogglestateofluyin
set（handles.luyin,'
value'
1）;
set（handles.wavfile,'
0）;
set（handles.xinhaofasheng,'
h=findobj（'
Tag'
recordtime'
set（h,'
enable'
on'
kaishiluyin'
wavname'
off'
liulan'
inwave'
infudu'
infre'
inphase'
mix'
shengchengboxing'
%---Executesonbuttonpressinwavfile.
functionwavfile_Callback（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletowavfile（seeGCBO）
）returnstogglestateofwavfile
%---Executesonbuttonpressinxinhaofasheng.
functionxinhaofasheng_Callback（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletoxinhaofasheng（seeGCBO）
）returnstogglestateofxinhaofasheng
functionrecordtime_CreateFcn（hObject,eventdata,handles）
%hObjecthandletorecordtime（seeGCBO）
%---Executesonbuttonpressin
升级会员 