信号与系统研究性学习手册专题3.doc

信号与系统课程研究性学习手册姓名 学号 同组成员 指导教师 时间 国家电工电子实验教学示范中心信号处理课程组编写信号与系统综合应用专题研讨【目的】(1) 提高学生灵活应用信号与系统基本原理解决实际问题的能力。(2) 培养学生理论联系实际的素质，提高学生的工程实践能力和创新能力。【研讨内容】题目1：变音宝贝的软件仿真(1) （基本题）采集wav格式的男女生语音信号，对其进行频谱分析，比较男女生频谱的特点。(2) （中等题）通过尺度变换进行变声：分别将男女生语音信号进行展宽和压缩（内插和抽取），观察其声音变化，并对变换前后的信号进行分析，给出相应的解释。 (3) （中等题）通过调制进行变声：将男女生语音信号乘以载波信号，对其进行幅度调制。载波信号的频率可取几Hz，几百Hz或几千Hz不等，观察已调信号的声音变化，并对调制信号和已调信号进行分析，给出相应的解释。(4) （拓展题）如何实现将男生声音转换成女生声音，或将女生声音转换成男生声音，给出你的实现方案。(5) （拓展题）查阅资料，还有哪些实现变声的方法，其中利用信号与系统基本原理和方法进行变声的方法是那几个，试着尝试实现一种方法。【知识点】信号的基本运算，信号的频谱，信号的调制【温馨提示】利用MATLAB函数fft分析信号x(t)的频谱，计算L点频谱的调用形式为X=fft(x ,L)。频谱计算后，可利用下面语句建立频谱X的取值与频率f的对应关系，并绘制幅度频谱。其中ws为抽样角频率。Y=fftshift(X);w=(-ws/2+(0:L-1)*ws/L)/(2*pi);plot(w, abs(Y)【题目分析】【仿真结果】【结果分析】【自主学习内容】【阅读文献】【发现问题】【问题探究】【仿真程序】【研讨内容】题目2：电子音乐合成(1) 根据音节的时频特征，确定一种乐器(如钢琴、小提琴等)某个曲调（如C大调、）音节的基波频率，并利用MATLAB产生这些音节。(2) 在上述音节中添加适当的谐波分量，使音色更加悦耳。研究谐波的次数及幅度。(3) 利用这些音节合成一首你喜欢的乐曲。【知识点】信号的频域分析，时域抽样【音乐背景知识】音乐是乐音随时间流动而形成的艺术，用信号专业术语来讲就是周期信号频率即某种指定规律的频谱结构随时间节奏变化的一种表述。乐谱上的每一个音符表达了此时此刻规定出现的信号频率和持续时间。乐音的基本特征可以用基波频率、谐波频率、包络波形几方面来描述。1、 乐音基波构成规律我们平常读乐谱时唱出的1 ( do) 、2( re) 、3 (mi) 等并未固定基波频率，当指定乐曲的曲调时才知道此时对应的频率值。比如C大调中“1”的基波频率为261. 63 Hz, F调中“1”的基波频率为349. 23 Hz, F调“5”的基波频率为523. 25 Hz。上面那些频率值都是按照“十二平均律”计算导出的，钢琴是十二平均律制乐器，国际标准音规定，钢琴的a1键的频率是为440Hz；又规定每相邻半音的频率比值为21/12=1.059463，根据这规定，就可以得出钢琴上每一个琴键音的频率。如与a1右边相邻a1的频率是4401.059463466.16372Hz；再往上，b1的频率是493.088321Hz；c2的频率是523.25099.同理，与a1左边相邻的g1的频率是4401.059463415.030473Hz.这种定音的方式就是“十二平均律”。2、 音乐谐波的作用音色在乐音领域，称谐波为“泛音”，正是这些泛音决定了其不同的音色，使人能辨别出是不同的乐器发出的声音。当指定音名（音调）之后仅指定了乐音信号的基波频率，谐波情况并未说明。对于各种乐器如钢琴或吉他都可以发出某一音调，例如fA1=440Hz的乐音，而人的听觉会明显感觉两者的不同，这是由于谐波成分有所区别，频谱结构不同引起的，各种乐器都有自己的谐波分布规律，同种乐器不同音阶的谐波构成还可能略有区别。3、 音乐包络波形包络是描述乐音特性的另一个重要因素。各种乐器的包络大体上可以划分为以下几种类型：连续型（风琴、弦乐）、弹奏型（钢琴、吉他）、击奏型（木琴、木鱼）、吹奏型（管乐）等。不同类型的乐器,它们的包络形状也各不相同。在音乐合成中,为简化编程,可以把复杂的包络函数用少量直线近似。有时为了保证在乐音的邻接处信号幅度为零,也可以用指数衰减的包络来表示。4、 乐音持续时间当知道了基波频率、谐波成分、包络形状后，还不能构成一首音乐，还必须知道每个乐音的持续时间。每个音调都可以用连续的一段正弦信号并带有一小段静音（停顿）来表示。停顿保证我们可以区分开连续的相同音调，每个音调的持续时间取决于它是全音符、二分之一音符、四分之一音符还是八分之一音符等等。每个音符之间的停顿是相同的，不随音符的长度而变化。【题目分析】【仿真结果】【结果分析】【自主学习内容】【阅读文献】【发现问题】播放合成音乐时，是否会听到有“啪”的杂声？若有分析产生原因，并给出解决方法。【问题探究】【仿真程序】【研讨内容】题目3：基于语音信号的身份识别基于生物特征的身份识别有着广阔的应用前景，因而成为研究的热点。如人脸识别、虹膜识别、掌纹识别等。基于语音的身份识别有着声音信号易于获取、识别算法简单等优点。【要求】设计一个简单实用的界面，实现在一般环境下至少10人的识别系统。【启发】1. 语音信号采集过程中，是否混入噪声？如何分析噪声类型从而实现去噪？2. 语音信号的哪些特征可用于识别？如何提取这些特征？3. 特征提取之后，可采用哪些方法实现语音的识别？欧氏距离？相关性？【研讨内容】其他参考题目：如1含噪语音信号滤波2含噪图像信号滤波3双音多频信号的产生与检测4磁盘驱动系统仿真5电机控制系统仿