matlab课程设计---基于matlab的语音信号处理

matlab课程设计---基于matlab的语音信号处理内容摘要：

*y+2*x^2+2*x39。 ,39。 y(0)=139。 ,39。 x39。 ) y =1/exp(2*x) + x^2 矩阵的基本运算 矩阵计算是线性代数中的核心内容，其对于整个数学系统的计算方面的意义是十分巨大的，集中它的基本运算包括 最大值、最小值、均值、方差、转置、逆、行列式、特征值的计算、矩阵的相乘、右除、左除、幂运算等等，下面将具体介绍。 矩阵的运算都是要以矩阵为基础的，本报告中决定选用一组矩阵来完成几乎全部可以完成的计算，那么首先就得生成矩阵了。 矩阵的定义和分配 可以 有多种方法。 最简单的方法是有方括号 []包围的逐行给定元素。 若定义一个标量，则方括号就不需要了。 相同行中的元素是由一行或多个空格 ‘’或一个逗号 ‘， ’分隔，列由分号 ‘。 ’或回车键分隔。 没有结尾分号的每个命令在屏幕上显示出其结果。 若结尾带分号，就执行计算，但计算结果并不显示。 函数矩阵的最大值、最小值、均值、方差、逆、行列式、特征值的计算是通过函数 max（）、 min（）、 mean（）、 var（）、 inv（）、 det（）、 eig（） 来实现的 ； 矩阵的相乘、右除、左除、幂运算可以直接通过相关运算符来实现 . 多项式的基本运算 多项式的运算，主要包括多项式加减乘除、多项式求导、求根和求值运算、武汉理工大学《基于 MATLAB 的语音信号处理》课程设计说明 书 9 多项式的部分分式展开、多项式的拟合、插值运算。 多项式的四则运算 多项式求导、求根和求值运算是通过函数 polyder（）、 roots（）、 polyval（）来实现的； 多项式的部分分式展开及拟合 函数 residue 可以将多项式之比用部分分式展开，也可以将一个部分分式表示为多项式之比。 其调用格式如下： [r,p,k]=residue(a,b)返回多项式之比 a/b 的部分分式展开，参照下面公 式。 [a,b]=residue(r,p,k)返回部分分式的多项式向量。 通过函数 residue（）、 polyfit（）实现 多项式的插 值拟合 插值函数通常是分段的，插值数据通过给定的数据点 x， y。 插值函数一般地可表示为 yi=interpi（ x,y,xi,’method’） 其中 i 代表几维插值可取 2,xi 为插值范围内的任意点集的 x 坐标 ,yi 是插值后对应数据点集的坐标 ,method 为插值函数的类型选项，有 linear 为线性，也是缺省项， cubic 和 cubic spline 为三次样条等三样。 一维多项式插值 ： yi=interp1(x,y,xi,method)。 x 必须是向量， y 可是是向量也可以是矩阵。 如果 y 是向量，则必须与 x 具有相同的长度，这时 xi 可以是标量、向量和任意维矩阵 ， yi与 xi 具有相同的大小；如果 y 是矩阵，则其大小必须是 [n,d1,d2,...,dk](n 是向量 x的长度 )， 函数对 d1*d2*d3…*dk 组 y 值都进行插值。 yi=interp1(y,xi)。 默认 x 为 1:n，其中 n 是向量 y 的长度。 yi=interp1(x,y,xi,method)。 输入变量 method 用于指定插值方法 yi=interp1(x,y,xi,method,’extrap’)。 对超出插值范围的数据指定外推方法 ’extrap’ yi=interp1(x,y,xi,method,extrapval)。 对超出差值范围的数值返回 extrapval 的值 ， 一般为 0 或者 NaN(Not a Number) PP=interp1(x,y,method,’pp’)。 返回值 pp 为数据 y 的分段多项式形式。 method 指定武汉理工大学《基于 MATLAB 的语音信号处理》课程设计说明 书 10 产生多项式的方法。 语音信号的录入与打开 在 MATLAB 中， [y,fs,bits]=wavread(39。 Blip39。 ,[N1 N2])。 用于读取语音，采样值放在向量 y 中， fs 表示采样频率 (Hz)， bits 表示采样位数。 [N1 N2]表示读取从 N1点到 N2 点的值（若只有一个 N 的点则表示读取前 N 点的采样值）。 sound(x,fs,bits)。 用于对声音的回放。 向量 y 则就代表了一个信号（也即一个复杂的“函数表达式”）也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。 时域信号的 FFT 分析 在 MATLAB 的信号处理工具箱中函数 FFT 和 IFFT 用于快速傅立叶变换和逆变换。 函数 FFT 用于序列快速傅立叶变换 ，其 调 用格式 为 y=fft(x)， 其中， x是序列 ， y 是序列的 FFT， x 可以为一向量或矩阵，若 x 为一向量， y 是 x 的 FFT且和 x 相同长度 ； 若 x 为一矩阵，则 y 是对矩阵的每一列向量进行 FFT。 如果 x长度是 2 的幂次方，函数 fft 执行高速基 － 2FFT 算法 ， 否则 fft 执行一种混合基的离散傅立叶变换算法，计算速度较慢。 函 数 FFT 的另一种调用格式 为y=fft(x,N)， 式中 ， x， y 意义同前 ， N 为正整数。 函数执行 N 点的 FFT， 若 x 为向量且长度小于 N， 则函数将 x 补零至长度 N； 若向量 x 的长度大于 N，则函数截短 x 使之长度为 N； 若 x 为 矩阵 ， 按相同方法对 x 进行处理。 数字滤波器设计原理 数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一，与模拟滤波相比，它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。 在信号的过滤、检测和参数的估计等方面，经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。 数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形 (或频谱 )进行加工处理，或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。 武汉理工大学《基于 MATLAB 的语音信号处理》课程设计说明 书 11 用窗函数法设计 FIR 滤波器 如果所希望的滤波器的理想频率响应函数为 Hd(e jω )，则 其对应的单位脉冲响应为： 1( ) ( )2 j j nddh n H e e d     （ 1） 用窗函数 w(n)将 hd(n)截断，并进行加权处理，得到： ( ) ( ) ( )dh n h n n （ 2） h(n)就作为实际设计的 FIR 数字滤波器的单位脉冲响应序列，其频率响应函数H(e jω )为： 10( ) ( )Nj j nnH e h n e   （ 3） 如果要求线性相位特性，则 h(n)还必须满足： ( ) ( 1 )h n h N n    （ 4） 根据上式中的正、 负号和长度 N 的奇偶性又将线性相位 FIR 滤波器分成四类。 要根据所设计的滤波特性正确选择其中一类。 例如，要设计线性相位低通特性， 可选择 h(n)=h(N1n)一类，而不能选 h(n)=h(N1n)一类。 然后用 freqz 函数计算数字滤波器 在频域中的特性，如果不满足要求，可根据具体情况调整窗函数类型或长度，知道满足要求。 用双线性变换法设计 IIR 数字滤波器 双线性变换法从频域出发，实现 S 平面和 Z 平面的一一映射关系，可消除频谱的混叠现象。 武汉理工大学《基于 MATLAB 的语音信号处理》课程设计说明 书 12 2 语音信号分析和处理过程 语音信号的采集 利用 windows 下得录音机（开始 — 程序 — 附件 — 娱乐 — 录音机，文件 — 属性 — 立即转换 — 8KHZ， 8 位，单声道）录制一段自己的话音 ， 或者采用 windows自带的声音文件（默认为 22050HZ），时间控制在几秒左右 ，设置文件名为，并保存在 D:\download\matlab\bin 下。 然后在 MATLAB 软件平台下，利用函数 wavread 对语音信号进行分析。 图 是基于 PC 机的语音信号采集过程，声卡可以完成语音波形的 A/D 转换，获得 WAVE 文件，为后续的处理储备原材料。 调节录音机保存界面的“更改”选项，可以存储各种格式的 WAVE 文件。 图 基于 PC 机的语音信号采集过程 采集到语音信号之后，需要对语音信号进行分析，如语音信号的时域分析、频谱分析、语谱图分析以 及加噪滤波等处理。 以下为 一段程序 ， 是语音信号在 MATLAB 中实现语音的读入打开，以及绘出了语音信号的波形频谱图。 [x,fs,bits]=wavread(39。 39。 ,[1024 6000])。 sound(x,fs,bits)。 X=fft(x,6000)。 magX=abs(X)。 angX=angle(X)。 subplot(221)。 plot(x)。 title(39。 原始信号波形 39。 )。 subplot(222)。 plot(X)。 title(39。 原始信号频谱 39。 )。 Windows 自带的录音机 声音 麦克风 声卡 滤波 采样 A/D 转换 Wav 武汉理工大学《基于 MATLAB 的语音信号处理》课程设计说明 书 13 subplot(223)。 plot(magX)。 title(39。 原始。