1、具体的操作流程如下:一、对给定的音频信号进行解压,转化成时域数字信号;二、将整段时域数字信号中的12个脉冲串进行分段,并对各个脉冲串进行加窗处理,这里选择Hanning窗,将每个脉冲串从噪声中分离出来;三、设计带通滤波器,通带频率3-8kHz,选择两边的过渡带宽为0.9kHz,通带衰减不大于1dB,阻带衰减不小于20dB;四、对加入带通滤波器以后的信号,进行傅里叶变换,得到每个脉冲串的频谱;五、依据每个脉冲串的频谱,通过求均值的方法,估计信号的频率,并分析各个脉冲串的频率与最终所估计的信号频率的偏离程度。 现对上面的操作流程进行具体的分析和说明。1.音频信号解压通过MATLAB程序对音频信号进
2、行解压,得到音频的采样时间为5.46s,采样频率为48kHz,时域图如图1-1所示。横坐标为时间,单位为s;纵坐标为幅值,单位为V。图1-1 音频信号的时域图解压的程序为:clc;clear;close alla,fs=wavread(C:UsersadministratorDesktop研一大作业good5.wav);N=262080;t1=N/fs;t=(0:t1/(N-1):t1);figure(1)plot(t,a);title(Time domain figure) xlabel(Time(s)ylabel(Amplitude2.信号加窗 在本节中对时域信号中包含的12个脉冲串进行分
3、段,再进行加窗处理,得到各个脉冲段原始时域信号,以及加窗过滤掉噪声后的时域信号,这里选择Hanning窗。如图2-1到图2-12所示。图2-1 脉冲1加窗前后的时域图图2-2 脉冲2加窗前后的时域图图2-3 脉冲3加窗前后的时域图图2-4 脉冲4加窗前后的时域图图2-5 脉冲5加窗前后的时域图图2-6 脉冲6加窗前后的时域图图2-7 脉冲7加窗前后的时域图图2-8 脉冲8加窗前后的时域图图2-9 脉冲9加窗前后的时域图图2-10 脉冲10加窗前后的时域图图2-11 脉冲11加窗前后的时域图图2-12 脉冲12加窗前后的时域图分段和加窗程序如下:a1=a(4.94*fs):(5.38*fs),:
4、Ns=0.44*fs+1;ts=(0:1/fs:0.44);figure(2);subplot(3,1,1);plot(ts,a1);12th pluse time domain figurer=hanning(Ns);subplot(3,1,2);plot(ts,r);hanning window time domain figureb=a1.*r;subplot(3,1,3);plot(ts,b);12th pluse time domain figure(with hanning window)gridhold on3.带通滤波器设计在本节中,设计通带频率3-8kHz,通带衰减不大于1d
5、B,阻带衰减不小于20dB的带通滤波器。具体设计流程如下:1)选择两边的过渡带宽为0.9kHz,滤波器的序列点数为128;2)利用MATLAB程序中buttord的命令计算巴特沃斯模拟带通滤波器的阶数和截止频率;3)利用MATLAB程序中butter的命令计算滤波器传递函数多项式系数;4)利用命令impinvar,即冲激响应不变法实现模拟滤波器和数字滤波器之间的变换;5)利用设计好的数字滤波器对信号进行滤波。带通滤波器设计的程序如下:wp=3000 8000*2*pi;ws=2100 8900*2*pi;rp=1;rs=20;Nn=128; %滤波器的序列点数n,wn=buttord(wp,w
6、s,rp,rs,s%计算模拟滤波器的阶数和截止频率B,A=butter(n,wn,%计算滤波器传递函数多项式系数BZ,AZ=impinvar(B,A,fs);%模拟滤波器和数字滤波器的转换figure(4);freqz(BZ,AZ,Nn,fs) y = filtfilt(BZ,AZ,b);figure(3);subplot(2,1,1);subplot(2,1,2);plot(ts,y);12th pluse time domain figure(with bandpass filter)设计的带通滤波器的图形如下:图3-1 带通滤波器的频率特性通过对每个脉冲串加入带通滤波器,得到如下的时域结
7、果。见图3-2到图3-13所示,横坐标为时间,单位为s;图3-2 脉冲1加入带通滤波器前后的时域图图3-3 脉冲2加入带通滤波器前后的时域图图3-4 脉冲3加入带通滤波器前后的时域图图3-5 脉冲4加入带通滤波器前后的时域图图3-6 脉冲5加入带通滤波器前后的时域图图3-7 脉冲6加入带通滤波器前后的时域图图3-8 脉冲7加入带通滤波器前后的时域图图3-9 脉冲8加入带通滤波器前后的时域图图3-10 脉冲9加入带通滤波器前后的时域图图3-11 脉冲10加入带通滤波器前后的时域图图3-12 脉冲11加入带通滤波器前后的时域图图3-13 脉冲12加入带通滤波器前后的时域图4.频谱分析 通过MATL
8、AB编写傅里叶变换的程序,对每一个脉冲串进行傅里叶变换,得到它们的频谱图,并由各个脉冲串的频谱图,得到各个脉冲串的中心频率。具体如图4-1到图4-12所示。横坐标为频率,单位为Hz;图4-1 脉冲1加入带通滤波器前后的频谱图图4-2 脉冲2加入带通滤波器前后的频谱图图4-3 脉冲3加入带通滤波器前后的频谱图图4-4 脉冲4加入带通滤波器前后的频谱图图4-5 脉冲5加入带通滤波器前后的频谱图图4-6 脉冲6加入带通滤波器前后的频谱图图4-7 脉冲7加入带通滤波器前后的频谱图图4-8 脉冲8加入带通滤波器前后的频谱图图4-9 脉冲9加入带通滤波器前后的频谱图图4-10 脉冲10加入带通滤波器前后的
9、频谱图图4-11 脉冲11加入带通滤波器前后的频谱图图4-12 脉冲12加入带通滤波器前后的频谱图 通过观察图4-1到图4-12可知,整段信号中12个脉冲串的中心频率。定义脉冲1到脉冲12的中心频率为f1、 f2、 f3、f4、 f5、 f6、f7、 f8、 f9、f10、 f11和f12,则f1=5665 Hz,f2=7047 Hz, f3=5660 Hz,f4=6983 Hz, f5=7882 Hz, f6=6989 Hz,f7=7884 Hz, f8=7022 Hz, f9=6987 Hz,f10=5716 Hz ,f11=7021 Hz和f12=6822 Hz。5.频率估算和偏差计算在第4节中,已经得到了整段信号中12个脉冲串的中心频率,现通过求均值的方法,估算信号的频率,具体的计算公司如下: (5-1)利用公式5-1计算可得,信号的频率f=6806.5Hz选择方差这个量来衡量估算的信号频率与12个脉冲串的中心频率的偏离程度。方差的计算公式如下: (5-2)利用公式5-2计算可得,方差为s2=530995.9。这个结果说明估算的信号频率与12个脉冲串的中心频率的偏离程度较大。
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