MATLAB课程设计-.doc

MATLAB课程设计题目：基于MATLAB的语音信号采集专业：信息工程班级：XXX姓名：XXX学号：XXX教师：XXX 2014年1月基于MATLAB的语音信号采集1 仿真软件介绍Matlab是一种交互式的、以矩阵为基础的软件开发环境,它用于科学和工程的计算与可视化。Matlab的编程功能简单,并且很容易扩展和创造新的命令与函数。应用Matlab可方便地解决复杂数值计算问题。Matlab具有强大的Simulink动态仿真环境,可以实现可视化建模和多工作环境间文件互用和数据交换。Simulink支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持多种采样速率的多速率系统;Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口,它与传统的仿真软件包用差分方程和微分方程建模相比,更直观、方便和灵活。用户可以在Matlab和Simulink两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。用于实现通信仿真的通信工具包(Communication toolbox,也叫Commlib,通信工具箱)是Matlab语言中的一个科学性工具包,提供通信领域中计算、研究模拟发展、系统设计和分析的功能,可以在Matlab环境下独立使用,也可以配合Simulink使用。另外，Matlab的图形界面功能GUI（Graphical User Interface）能为仿真系统生成一个人机交互界面，便于仿真系统的操作。因此，Matlab在通信系统仿真中得到了广泛应用，本文也选用该工具对数字调制系统进行仿真。2基于MATLAB的语音信号采集与处理方案的制定(1). 语音信号的采集及分析基于声卡进行数字信号的采集。将话筒插入计算机的语音输入插口上,启动录音机。按下录音按钮，对话筒说话,说完后停止录音。要保存文件时,利用了计算机上的A/D转换器,把模拟的声音信号变成了离散的量化了的数字信号,放音时,它又通过D/A转换器,把保存的数字数据恢复为原来的模拟的声音信号。在 Matlab软件平台下可以利用函数wavread对语音信号进行采样,得到了声音数据变量x1,同时把x1的采样频率fs=22050Hz和数据位Nbits=16Bit放进了MATALB的工作空间。图figure 1为原始语音信号的时域图形。从图中可以看出在时域环境下,信号呈现出6不规则的信号峰值。通过freqz函数绘制原始语音信号的频率响应图figure 2 。然后对语音信号进行频谱分析,在Matlab中可以利用函数fft对信号行快速傅里叶变换,得到信号的频谱图figure 3，从图中可以看出对各个频点上的随机信号在频域进行抽样 ,抽样频率为 22050Hz。(2). 给原始信号加上一个高频噪声在Matlab中人为设计一个固定频率5500Hz的噪声干扰信号。噪声信号通常为随机序列,在本设计中用正弦序列代替,干扰信号构建命令函数为d=Au*sin(2*pi*5500*t),给出的干扰信号为一个正弦信号，针对上面的语音信号 ,采集了其中一段。再对噪音信号进行频谱变换得到其频谱图,从图中可以看出干扰信号，在4000Hz和 6000Hz频点处有一高峰 ,其中 5500Hz 正是本设计所要利用的。3 基于MATLAB的语音信号采集与处理方案的设计设计步骤：1）打开Matlab软件；2）点击File新建M文件；3）在编辑框内写入系统Matlab程序；4)点击保存并运行程序，显示仿真图形。4 基于MATLAB的语音信号采集与处理的仿真与调试系统仿真实现1用MATLAB对原始语音信号进行分析，画出它的时域波形和频谱程序：fs=22050; %语音信号采样频率为22050x1=readwav(C:UsersDaiBinDesktopwav); %读取语音信号的数据，赋给变量x1，sound(x1,22050); %播放语音信号y1=fft(x1,1024); %对信号做1024点FFT变换f=fs*(0:511)/1024; %将0到511，步长为1的序列的值与fs相乘并除以1024的值，赋值给ffigure(1) %创建图形窗1plot(x1) %做原始语音信号的时域图形title(原始语音信号);xlabel(time n); %x轴的名字是“time n”ylabel(fuzhi n); %y轴的名字是“fuzhi n”figure(2)freqz(x1) %绘制原始语音信号的频率响应图title(频率响应图)figure(3)subplot(2,1,1); %创建两行一列绘图区间的第1个绘图区间plot(abs(y1(1:512) %做原始语音信号的FFT频谱图title(原始语音信号FFT频谱)subplot(2,1,2);plot(f,abs(y1(1:512); %abs是绝对值，plot是直角坐标下线性刻度曲线title(原始语音信号频谱)xlabel(Hz);ylabel(幅值);时域波形和频谱：图1 原始语音信号图2 语音信号频率响应图图3 原始语音信号FFT与信号频谱2. 给原始的语音信号加上一个高频余弦噪声，频率为5500hz。对加噪后的语音进行分析，并画出其信号时域和频谱图。程序：fs=22050;x1=wavread(C:UsersDaiBinDesktopwav); %读取语音信号的数据，赋给变量x1f=fs*(0:511)/1024; %将0到511，步长为1的序列的值与fs相乘并除以1024的值，赋值给ft=0:1/fs:(length(x1)-1)/fs; %将0到x1的长度减1后的值除以fs的值，且步长为1/fs的值，的序列的值，赋予tAu=0.03; %噪声幅值d=Au*sin(2*pi*5500*t); %所加的噪声是正弦信号x2=x1+d; %将正弦信号噪声加在语音信号上sound(x2,22050); %播放语音信号y1=fft(x1,1024); %对信号y1做1024点FFT变换y2=fft(x2,1024); %对信号y2做1024点FFT变换figure(1); %创建图形窗1plot(t,x2); %做加噪后的信号时域图形（绘出t对x2的线性图）title(加噪后的信号);xlabel(time n); %x轴的名字是“time n”ylabel(fuzhi n); %y轴的名字是“fuzhi n”figure(2) %创建图形窗2subplot(2,1,1); % 创建两行一列绘图区间的第1个绘图区间plot(f,abs(y1(1:512); %做原始语音信号的频谱图title(原始语音信号频谱);xlabel(Hz); %x轴的名字是“time n”ylabel(fuzhi); % y轴的名字是“fuzhi”subplot(2,1,2); %创建两行一列绘图区间的第2个绘图区间plot(f,abs(y2(1:512); %做加噪后的语音信号的频谱图（abs是绝对值，plot是直角坐标下线性刻度曲线）title(加噪后的信号频谱);xlabel(Hz); %x轴的名字是“time n”ylabel(fuzhi); % y轴的名字是“fuzhi”时域波形和频谱： 图4 加噪后的信号时域图图5 原始信号与加噪后信号频谱对比与原始信号对比，区别：先原始信号没加噪音之前0到2000有幅值，在4000到6000之间没有幅值，但是在加了噪音之后4000到6000之间出现最大幅值12，超出正常值。如图5原始信号与加噪后信号频谱对比图所示。5体会通过MATLAB课程设计，我对MATLAB这个仿真软件有了更进一步的认识和了解。在设计过程中，我通过自己摸索，查阅资料，并且在老师的指导下完成了：语音信号的采集及分析；给原始信号加上一个高频噪声；设计一个滤波器，滤除高频噪声；并最终将课程设计报告总结完毕。在整个设计过程中我懂得了许多东西，也培养了独立思考和设计的能力，树立了对知识应用的信心，相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助，并且提高了自己的动手实践操作能力， 使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。虽然这个设计做的不怎么好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。在没有做课程设计以前，觉得课程设计只是对知识的单纯总结，但是通过这次课程设计发现自己的看法有点太片面，课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，也是对自己能力的一种提高，通过这次课程设计使自己明白了原来的那点知