采樣定理及在語(yǔ)音變采樣

1、課程名稱(chēng)數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)課時(shí)4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱(chēng)和編號(hào)采樣定理及在語(yǔ)音變采樣同組者 姓 名實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶W(xué)會(huì)MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設(shè)計(jì)方法；掌握在Windows環(huán)境下語(yǔ)音信號(hào)采集的方法；掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法；設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn), 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境MATLAB實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理1、采樣定理：在進(jìn)行模擬與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，當(dāng)采樣大于最高頻率的2倍時(shí)，則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整的保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的510倍。2、采樣頻率：采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采樣多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音頻、衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采

2、樣頻率越高，即采樣的時(shí)間間隔越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)越多，對(duì)聲音波形的表示也越準(zhǔn)確。3、采樣位數(shù)與采樣頻率： 采樣位數(shù)即采樣值或取樣值,用來(lái)衡量聲音波動(dòng)變化的參數(shù),是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對(duì)聲音信號(hào)的采樣次數(shù),采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。采樣位數(shù)和采樣率對(duì)于音頻接口來(lái)說(shuō)是最為重要的兩個(gè)指標(biāo)。無(wú)論采樣頻率如何,理論上來(lái)說(shuō)采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號(hào)越精確。4、利用MATLAB對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析和處理：采集語(yǔ)音信號(hào)后，利用MATLAB軟件平臺(tái)進(jìn)行頻譜分析；并對(duì)所采

3、集的語(yǔ)音信號(hào)加入干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，設(shè)計(jì)合適的濾波器濾除噪聲，恢復(fù)原信號(hào)。5、語(yǔ)音信號(hào)的濾波示意圖： +濾波器Matlab頻譜顯示語(yǔ)音信號(hào)噪聲揚(yáng)聲器實(shí)驗(yàn)步驟方 法關(guān)鍵代碼一、語(yǔ)音信號(hào)的采集與分析二、利用余弦函數(shù)構(gòu)造一個(gè)高頻噪聲三、設(shè)計(jì)合適的濾波器，濾除高頻噪聲四、程序設(shè)計(jì)及仿真圖形4.1用Matlab對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析clear;y,fs,bits=wavread('C:22.wav'); %x語(yǔ)音數(shù)據(jù)fs采樣頻率bits采樣點(diǎn)數(shù) sound(y,fs,bits); %話音回放n = length (y) ; %求出語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度Y=fft(y,n);

4、%傅里葉變換subplot(2,1,1);plot(y);title('原始信號(hào)波形'); subplot(2,1,2); plot(abs(Y);title('原始信號(hào)頻譜')4.2、 給原始的語(yǔ)音信號(hào)加上一個(gè)高頻余弦噪聲，頻率為（22050hz）。%加噪聲fs=22050;x=wavread('C:22.wav');f=fs*(0:511)/1024;Au=0.03;t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;d=Au*cos(2*pi*5000*t);x2=x+d' d' y2=fft(x2,1024);

5、figure(1);plot(t,x2)title('加噪后的信號(hào)');xlabel('time n');ylabel('fuzhi n');figure(2)subplot(2,1,1);plot(f,abs(y2(1:512); %plot(f,abs(y1(1:512); title('原始語(yǔ)音信號(hào)頻譜');xlabel('Hz');ylabel('fuzhi');subplot(2,1,2);plot(f,abs(y2(1:512);title('加噪后的信號(hào)頻譜');xla

6、bel('Hz');ylabel('fuzhi');(接上頁(yè))實(shí)驗(yàn)步驟方 法關(guān)鍵代碼4.3、 設(shè)計(jì)合適的濾波器，濾除高頻噪聲，繪出濾波后的信號(hào)頻域和時(shí)域波形：程序：%用雙線性變換法設(shè)計(jì)巴特沃思低通濾波器雙線性變換法低通濾波器fp=1000;fc=1200;As=100;Ap=1;ffs=22050; wc=2*fc/ffs;wp=2*fp/ffs; n,wn=ellipord(wp,wc,Ap,As);%求階數(shù)N 和通帶截止頻率 num,den=ellip(n,Ap,As,wn);%設(shè)計(jì)橢圓濾波器 freqz(num,den,256,ffs);%畫(huà)出頻率響應(yīng)對(duì)噪

7、音進(jìn)行濾波：x=filter(num,den,y);%濾波 X=fft(x,4096);%FFT subplot(211),plot(x); title('濾波后信號(hào)波形'); subplot(212),plot(abs(X); title('濾波后信號(hào)頻譜');4.4、雙線性變換法的帶通濾波器和對(duì)噪音濾波fp=3000,8000;fc=1000,10000;Ap=1;As=100;ffs=22050 wc=2*fc/ffs;wp=2*fp/ffs; n,wn=ellipord(wp,wc,Ap,As); num,den=ellip(n,Ap,As,wn); f

8、reqz(num,den,256,ffs);進(jìn)行濾波：x=filter(num,den,y);%濾波 X=fft(x,4096);%FFT subplot(211),plot(x); title('濾波后信號(hào)波形'); subplot(212),plot(abs(X); title('濾波后信號(hào)頻譜');測(cè)試記錄分 析結(jié) 論4.1、它的時(shí)域波形和頻譜4.2、 對(duì)加噪后的語(yǔ)音進(jìn)行分析，并畫(huà)出其信號(hào)時(shí)域和頻譜圖。4.3、 設(shè)計(jì)合適的濾波器，濾除高頻噪聲，繪出濾波后的信號(hào)頻域和時(shí)域波形：雙線性變換法低通濾波器對(duì)噪音進(jìn)行濾波后圖形：4.4、雙線性變換法的帶通濾波器和對(duì)噪

9、音濾波濾波后小 結(jié)進(jìn)一步加深了對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的了解和熟練了對(duì)Matlab的使用, 讓我對(duì)通信原理這門(mén)課程有了更加濃厚的興趣。 因?yàn)橐郧岸际腔谡n本上所學(xué)的理論知識(shí)，然而通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后才能真正理解其意義。在這次課程實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我遇到不少的問(wèn)題,比如剛開(kāi)始,要錄音的時(shí)候，沒(méi)有選擇正確的頻率，導(dǎo)致在運(yùn)行程序的時(shí)候，無(wú)法調(diào)用聲音，經(jīng)過(guò)后來(lái)的改正才可以。還有剛開(kāi)始由于對(duì)濾波器的濾波原理并不是很了解, 于是我又翻出學(xué)過(guò)的數(shù)字信號(hào)處理課本,認(rèn)真研究起各種濾波器,這才使我明白了大多數(shù)濾波器是如何工作,不再單單只是懂理論,理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的, 只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的, 只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái),從理論中得出結(jié)論。總的來(lái)說(shuō),通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)我對(duì)語(yǔ)音信號(hào)有了全面的認(rèn)識(shí),對(duì)Matlab的知識(shí)又有了深刻的理解,