基于matlab的语音信号分析与处理的课程设计实验报告

PAGE6PAGE11目录绪论 1正文：一、设计目的及要求 2二、设计过程 2三、调试分析 6四、结果分析与体会 11五、参考文献 12六、谢辞 12

绪论数字信号处理（digitalsignalprocessing,DSP）是从20世纪60年代以来，随着信息学科和计算机学科的高速发展而迅速发展起来的一门新兴学科。它的重要性日益在各个领域的应用中表现出来。简言之，数字信号处理是把信号用数字或符号表示的序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数字的数值计算方法处理（例如滤波、变换、压缩、增强、估计、识别等），以达到提取有用信息便于应用的目的。数字信号处理的应用包括滤波与变换、通信、语音、语言、图像、图形、消费电子、仪器、工业控制与自动化、医疗、军事等。其发展方向也是多方面的，包括数字汇聚、远程会议系统、融合网络、数字图书馆、图像与文本合一的信息检索业务、多媒体通信、个人信息终端等。在本次设计中，就以设计一个数字滤波器系统为目的。滤波器按频率划分有低通、高通、带通、带阻全通等类型。一个数字滤波器可以用一个系统函数来表示，若要得到该系统函数，就要得到以z^(-1)升幂排列的传输函数的分子和分母多项式的系数，即向量num、den，而这两个参数由[numden]=butter(N,Wn)、[N,Wn]=buttord(wp,ws,rp,rs)这一函数得出，这是巴特沃思滤波器的设计过程。由于频率响应的周期性，频率变量以数字频率ω来表示，ω=2π*f/fc，f为模拟域频率，fc为抽样频率，所以数字滤波器设计中必须给出抽样频率。在这次设计中采用了巴特沃思和切比雪夫两种滤波器，这两种滤波器又分别采用了高通、低通、带通、带阻四种频率特性实现，从横向上和纵向上都可以进行对比，表现出各种滤波器的不同特性。

一、设计目的及要求1．课程设计目的综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解，建立概念。2．课程设计基本要求1）学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。2）掌握在Windows环境下语音信号采集的方法。3）掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。4）掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。5）学会用MATLAB对信号进行分析和处理。3．课程设计内容录制一段自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；给定滤波器的性能指标，设计数字滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化；回放语音信号；最后，用MATLAB设计一信号处理系统界面。二、设计过程打开GUI窗口：File→New→GUI→CreateNewGUI→BlankGUI(Default)→OK控件设计：在控件布局设计区放置四个Axes控件、六个PushButton控件、一个ButtonGroup控件和两个RadioButton控件、四个StaticText控件。修改控件属性：选中需要修改属性的控件，双击打开属性查看器，具体设置如下：五个Axes控件Tag作用axes1提供坐标画出原始信号波形axes2提供坐标画出原始信号频谱axes3提供坐标画出滤波后信号波形axes4提供坐标画出滤波后信号频谱axes5提供坐标画出滤波器频率响应六个PushButton控件：StringTagStringTag低通pushbutton1带阻pushbutton4高通pushbutton2原始信号pushbutton5带通pushbutton3关闭窗口pushbutton6一个ButtonGroup控件和两个RadioButton控件：StringStyleTag请选择滤波器种类ButtonGroupuipanel5巴特沃思RadioButtonradiobutton1切比雪夫RadioButtonradiobutton2五个StaticText控件（这五个StaticText控件是对坐标轴中图形的说明）：TagStringtext1原始信号波形text2原始信号频谱text3滤波后信号波形text4滤波后信号频谱text5滤波器频率响应保存：设置好各个控件的属性，回到GUI主窗口保存，给文件命名为hy，同时hy.m文件打开。设置回调函数：在hy.m文件窗口中设置回函数。这里，虽然GUI自动生成了回调函数，但是回调函数是空的，需要在hy.m文件中对它进行定义说明。该程序只需要对六个PushButton控件的回调函数进行定义说明。六个PushButton控件的回调函数：1）“低通”按键的回调函数functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)[y,fs,bits]=wavread('e:\hy.wav');%函数wavread是对语音信号进行采样，格式是[y,fs,nbit]=wavread，返回采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbit表示采样位数。fp=1000;fs=2021;rp=0.5;rs=40;fc=40000;%设定通带截止频率（fp）、阻带截止频率（fs）、通带波纹系数（rp）、阻带波纹系数（rs）、抽样频率（fc）。wp=2*fp/fc;ws=2*fs/fc;%将模拟域转化成数字域。ifget(handles.radiobutton1,'value')%如果选择radiobutton1，则制做巴特沃思滤波器。[N,Wc]=buttord(wp,ws,rp,rs);%估算巴特沃思滤波器的阶数N和3dB截止频率Wc。[num,den]=butter(N,Wc);%求传输函数的分子和分母多项式的系数。else%选择radiobutton2，则制做切比雪夫Ⅰ型滤波器。[N,Wc]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs);%估算切比雪夫Ⅰ型滤波器的阶数N和截止频率Wc。[num,den]=cheby1(N,rp,Wc);%求传输函数的分子和分母多项式的系数。endx=filter(num,den,y);%根据传输函数的分子和分母多项式的系数得到模拟滤波器，并将y通过该滤波器，得到x。sound(x,fc,bits);%将滤波后的信号x进行回放。X=fft(x);%将x信号进行快速傅里叶变换。axes(handles.axes3);plot(x);%在axes3坐标轴上画出x信号的波形图。axes(handles.axes4);plot(abs(X));%在axes4坐标轴上画出x信号的频谱图。[h,f]=freqz(num,den,256,fc);%求滤波器的频率响应。axes(handles.axes5);plot(f,abs(h),'k');%在axes5坐标轴上以黑线画出滤波器的频率响应。2）“高通”按键的回调函数functionpushbutton2_Callback(hObject,eventdata,handles)[y,fs,bits]=wavread('e:\hy.wav');fp=2021;fs=1000;rp=0.5;rs=40;fc=40000;wp=2*fp/fc;ws=2*fs/fc;ifget(handles.radiobutton1,'value')[N,Wc]=buttord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=butter(N,Wc,'high');%返回N阶高通滤波器。else[N,Wc]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=cheby1(N,rp,Wc,'high');endx=filter(num,den,y);sound(x,fc,bits);X=fft(x);axes(handles.axes3);plot(x);axes(handles.axes4);plot(abs(X));[h,f]=freqz(num,den,256,fc);axes(handles.axes5);plot(f,abs(h),'k');3）“带通”按键的回调函数functionpushbutton3_Callback(hObject,eventdata,handles)[y,fs,bits]=wavread('e:\hy.wav');fp=[3000,8000];fs=[1000,10000];rp=0.5;rs=40;fc=40000;wp=2*fp/fc;ws=2*fs/fc;ifget(handles.radiobutton1,'value')[N,Wc]=buttord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=butter(N,Wc);%Wc为双元素向量，返回2N阶带通滤波器。else[N,Wc]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=cheby1(N,rp,Wc);endx=filter(num,den,y);sound(x,fc,bits);X=fft(x);axes(handles.axes3);plot(x);axes(handles.axes4);plot(abs(X));[h,f]=freqz(num,den,256,fc);axes(handles.axes5);plot(f,abs(h),'k');4）“带阻”按键的回调函数functionpushbutton4_Callback(hObject,eventdata,handles)[y,fs,bits]=wavread('e:\hy.wav');fp=[1000,10000];fs=[3000,8000];rp=0.5;rs=40;fc=40000;wp=2*fp/fc;ws=2*fs/fc;ifget(handles.radiobutton1,'value')[N,Wc]=buttord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=butter(N,Wc,'stop');%返回2N阶带阻滤波器。else[N,Wc]=cheb1ord(wp,ws,rp,rs);[num,den]=cheby1(N,rp,Wc,'stop');endx=filter(num,den,y);sound(x,fc,bits);X=fft(x);axes(handles.axes3);plot(x);axes(handles.axes4);plot(abs(X));[h,f]=freqz(num,den,256,fc);axes(handles.axes5);plot(f,abs(h),'k');5）“原始信号”按键的回调函数functionpushbutton5_Callback(hObject,eventdata,handles)[y,fs,bits]=wavread('e:\hy.wav');sound(y,fs,bits);Y=fft(y);axes(handles.axes1);plot(y);axes(handles.axes2);plot(abs(Y));6）“关闭窗口”按键的回调函数functionpushbutton6_Callback(hObject,eventdata,handles)close保存修改后的hy.m文件，单击GUI主窗口工具栏中的“激活运行”按钮，在GUI界面中按下“原始信号”按键就可以看到原始信号的波形和频谱，并播放原始信号；选择滤波器种类（巴特沃思或切比雪夫），然后按下“高通”、“低通”、“带通”、“带阻”其中一个按键，就可以看到原信号经过滤波器后的信号的波形与频谱，并播放该信号。三、调试分析图1控件布局图2单击“激活运行”后界面图3巴特沃思高通滤波器图4切比雪夫高通滤波器图5巴特沃思低通滤波器图6切比雪夫低通滤波器图7巴特沃思带通滤波器图8切比雪夫带通滤波器图9巴特沃思带阻滤波器图10切比雪夫带阻滤波器图3—图10为巴特沃思和切比雪夫Ⅰ型滤波器在不同频率特性下产生的信号波形与频谱，同时有原信号作对比。可以看出，巴特沃思滤波器的频率特性曲线无论在通带还是在阻带内，都是频率的单调函数，切比雪夫Ⅰ型滤波器的幅频特性在通带内是等波纹的，阻带内是单调的。因为在回调函数中，高通和低通、带通和带阻滤波器的截止频率、波纹系数、抽样频率设定的值是相同的，所以在下图中纵向对比可以看出，信号通过高通和低通滤波器之后频谱相对于原信号是互补的，如果对于高通滤波器在某一频率段上有幅值，那么对于低通滤波器该频率幅值为零。同理于带通和带阻滤波器。横向上对比可以看出不同滤波器选频特性也不同，特别是在图7—图10中选频边界处的频谱处理可以看出，切比雪夫滤波器比巴特沃思滤波器的选频特性好。四、结果分析与体会滤波器的作用就是滤除掉阻带内有频率分量，保留通带内的频率分量。在图3—图10的波形图和频谱图中可以看出，经过滤波器处理后，不仅滤除掉了原信号的部分频率分量，原信号的幅度也会有所衰减，而低通和带阻滤波器产生的信号相对于原信号变化不大，是因为设定的选频范围是原信号的频率段中较集中的部分，所以与此同时，高通和带通滤波器产生的信号相对于原信号的幅度就会大大衰减，其原因也是在于高通和带通滤波器的选频范围是原信号频率范围中较少的一部分。在信号回放时，低通和带阻滤波器回放的音频信号与原信号相比，音色有一点低沉；而高通和带通滤波器回放的音频信号，几乎已经听不到什么声音，这也说明了这两种滤波器产生的信号频率只占原信号频率范围中较少的部分。所以根据各个滤波器的选频范围及滤波后信号的音效，可大致判断原信号的频率多集中在1000Hz以下。通过这次课设，使我对滤波器有了更深的认识，特别是滤波器参数对滤波器性能的影响，因为通带截止频率、阻带截止频率、通带波纹系数、阻带波纹系数都是要影响滤波器的阶数，而滤波器的阶数越大，其选频特性就越好。因为滤波器处理的音频信号是我自己的声音，所以通过滤波器处理后音频信号的变化，能大致得出自己声音的频率范围，也是挺有意思的。在做课程设计之前觉得内容挺难的，但经过查阅图书馆的资料和同学们的努力与帮助，最后还是以比较短的时间完成了这次课程设计。以前学MATLAB的时候，最后的大作业也是用GUI设计了一个可视化界面，所以在本次设计中可视化界面的设计也没有觉得很难。但是看到其他同学有用到EditText控件来作滤波器参数的输入，感觉到自己的能力还是很有限，所以还需要加强学习。但最重要的还是感觉到通过课程设计能够学以致用，并且运用以前学过的工具来更好的理解所学的内容，收获还是挺大的。五、参考文献程佩青数字信号处理教程（第三版）清华大学出版社罗军辉、罗勇江、白义臣等MATLAB7.0在数字信号处理中的应用机械工业出版社刘波、文忠、曾涯等MATLAB信号处理电子工业出版社六、谢辞在本次设计中，借阅了图书馆的一些书籍，比自己的帮助比较大，同学间的相互讨论与帮助也起到了很重要的作用。此外还要特别感谢指导老师耐心的辅导，并帮助我纠正错误，授予以鱼，亦之以渔，使我不仅能够按时完成课程设计，也从中对本课程有了更深的认识与理解，同时也注意到自己在学习方法中的不足，并会在日后加以改正。

社会实践报告系别：班级：学号：姓名：作为祖国未来的事业的继承人，我们这些大学生应该及早树立自己的历史责任感，提高自己的社会适应能力。假期的社会实践就是很好的锻炼自己的机会。当下，挣钱早已不是打工的唯一目的，更多的人将其视为参加社会实践、提高自身能力的机会。许多学校也积极鼓励大学生多接触社会、了解社会，一方面可以把学到的理论知识应用到实践中去，提高各方面的能力；另一方面可以积累工作经验对日后的就业大有裨益。进行社会实践，最理想的就是找到与本专业对口单位进行实习，从而提高自己的实战水平，同时可以将课本知识在实践中得到运用，从而更好的指导自己今后的学习。但是作为一名尚未毕业的大学生，由于本身具备的专业知识还十分的有限，所以我选择了打散工作为第一次社会实践的方式。目的在于熟悉社会。就职业本身而言，并无高低贵贱之分，存在即为合理。通过短短几天的打工经历可以让长期处于校园的我们对社会有一种更直观的认识。实践过程：自从走进了大学，就业问题就似乎总是围绕在我们的身边，成了说不完的话题。在现今社会，招聘会上的大字报都总写着“有经验者优先”，可还在校园里面的我们这班学子社会经验又会拥有多少呢？为了拓展自身的知识面，扩大与社会的接触面，增加个人在社会竞争中的经验，锻炼和提高自己的能力，以便在以后毕业后能真正真正走入社会，能够适应国内外的经济形势的变化，并且能够在生活和工作中很好地处理各方面的问题，我开始了我这个假期的社会实践-走进天源休闲餐厅。实践，就是把我们在学校所学的理论知识，运用到客观实际中去，使自己所学的理论知识有用武之地。只学不实践，那么所学的就等于零。理论应该与实践相结合。另一方面，实践可为以后找工作打基础。通过这段时间的实习，学到一些在学校里学不到的东西。因为环境的不同，接触的人与事不同，从中所学的东西自然就不一样了。要学会从实践中学习，从学习中实践。而且在中国的经济飞速发展，又加入了世贸，国内外经济日趋变化，每天都不断有新的东西涌现，在拥有了越来越多的机会的同时，也有了更多的挑战，前天才刚学到的知识可能在今天就已经被淘汰掉了，中国的经济越和外面接轨，对于人才的要求就会越来越高，我们不只要学好学校里所学到的知识，还要不断从生活中，实践中学其他知识，不断地从各方面武装自已，才能在竞争中突出自已，表现自已。在餐厅里,别人一眼就能把我人出是一名正在读书的学生,我问他们为什么,他们总说从我的脸上就能看出来,也许没有经历过社会的人都有我这种不知名遭遇吧!我并没有因为我在他们面前没有经验而退后,我相信我也能做的像他们一样好.我的工作是在那做传菜生,每天9点钟-下午2点再从下午的4点-晚上8:30分上班,虽然时间长了点但,热情而年轻的我并没有丝毫的感到过累,我觉得这是一种激励,明白了人生,感悟了生活,接触了社会,了解了未来.在餐厅里虽然我是以传菜为主,但我不时还要做一些工作以外的事情，有时要做一些清洁的工作，在学校里也许有老师分配说今天做些什么，明天做些什么，但在这里，不一定有人会告诉你这些，你必须自觉地去做，而且要尽自已的努力做到最好，一件工作的效率就会得到别人不同的评价。在学校，只有学习的氛围，毕竟学校是学习的场所，每一个学生都在为取得更高的成绩而努力。而这里是工作的场所，每个人都会为了获得更多的报酬而努力，无论是学习还是工作，都存在着竞争，在竞争中就要不断学习别人先进的地方，也要不断学习别人怎样做人，以提高自已的能力！记得老师曾经说过大学是一个小社会，但我总觉得校园里总少不了那份纯真，那份真诚，尽管是大学高校，学生还终归保持着学生的身份。而走进企业，接触各种各样的客户、同事、上司等等，关系复杂，但我得去面对我从未面对过的一切。记得在我校举行的招聘会上所反映出来的其中一个问题是，学生的实际操作能力与在校理论学习有一定的差距。在这次实践中，这一点我感受很深。在学校，理论的学习很多，而且是多方面的，几乎是面面俱到；而在实际工作中，可能会遇到书本上没学到的，又可能是书本上的知识一点都用不上的情况。或许工作中运用到的只是很简单的问题，只要套公式似的就能完成一项任务。有时候我会埋怨，实际操作这么简单，但为什么书本上的知识让人学得这么吃力呢？这是社会与学校脱轨了吗？也许老师是正确的，虽然大学生生活不像踏入社会，但是总算是社会的一个部分，这是不可否认的事实。但是有时也要感谢老师孜孜不倦地教导，有些问题有了有课堂上地认真消化，有平时作业作补充，我比一部人具有更高的起点，有了更多的知识层面去应付各种工作上的问题，作为一名大学生，应该懂得与社会上各方面的人交往，处理社会上所发生的各方面的事情，这就意味着大学生要注意到社会实践，社会实践必不可少。毕竟，很快我就不再是一名大学生，而是社会中的一分子，要与社会交流，为社会做贡献。只懂得纸上谈兵是远远不及的，以后的人生旅途是漫长的，为了锻炼自己成为一名合格的、对社会有用的人才.很多在学校读书的人都说宁愿出去工作，不愿在校读书；而已在社会的人都宁愿回校读书。我们上学，学习先进的科学知识，为的都是将来走进社会，献出自己的一份力量，我们应该在今天努力掌握专业知识，明天才能更好地为社会服务。实践心得：虽然这次的实践只有短短的几天，而且从事的是比较简单的服务工作，但是通过与各种各样的人接触，还是让我学会了很多道理。首先是明白了守时的重要性。工作和上学是两种完全不同的概念，上学是不迟到很多时候是因为惧怕老师的责怪，而当你走上了工作岗位，这里更多的是由于自己内心的一种责任。这种责任是我学会客服自己的惰性，准时走上自