數(shù)字通信課程設(shè)計(jì)----音頻信號(hào)分析及去噪

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字通信課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 音頻信號(hào)的譜分析及去噪 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào):

2、 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　學(xué)生班級(jí)： 通信0801 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： </p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 音頻信號(hào)的譜分析及去噪

3、 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 考 勤 表</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 語(yǔ) 表</p><p>　　音頻信號(hào)的譜分析及去噪</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的和意義</b></p><p>　　

4、1、錄制音頻，采用matlab工具對(duì)此信號(hào)做譜分析。</p><p>　　2、錄制一段加噪的信號(hào)，對(duì)加噪信號(hào)進(jìn)行譜分析。</p><p>　　3、選擇合適的指標(biāo)對(duì)加噪信號(hào)進(jìn)行濾波。</p><p>　　4、學(xué)會(huì)使用wavread、wavwrite等函數(shù)。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理</b></p>

5、<p>　　對(duì)于錄制的音頻信號(hào)的讀入可以使用函數(shù)wavread。由于音頻信號(hào)是連續(xù)的，故繪圖應(yīng)用plot函數(shù)。使用函數(shù)fft可以得到音頻信號(hào)的頻譜圖。</p><p>　　由于音頻信號(hào)是連續(xù)且長(zhǎng)度未知，故可以采用巴特沃斯濾波器。濾掉高頻部分的噪音，剩下的就是原信號(hào)了。</p><p>　　將去噪后的信號(hào)寫成wav格式的文件可以使用wavwrite函數(shù)。</p>&

6、lt;p><b>　　詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　錄制一段音頻（如歌曲，說話聲等），采用Matlab工具對(duì)此音頻信號(hào)用FFT作譜分析。</p><p>　　錄制一段音頻信號(hào)并命名為fl.wav存放在課程設(shè)計(jì)1的文件夾中。</p><p>　　使用wavread函數(shù)讀出此信號(hào)。</p><p>　　用函

7、數(shù)FFT進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜圖。</p><p>　　繪制時(shí)域圖和頻域圖。</p><p>　　錄制一段加入噪聲的音頻（如在歌聲中加入尖銳的口哨聲或者其他噪聲），采用Matlab工具對(duì)此音頻信號(hào)用FFT作譜分析。</p><p>　　重新錄制1中的音頻文件，錄制時(shí)加入噪聲信號(hào)。</p><p>　　2、使用wavread函數(shù)讀出此信號(hào)。&

8、lt;/p><p>　　3、用函數(shù)FFT進(jìn)行傅里葉變換，得到頻譜圖。</p><p>　　4、繪制時(shí)域圖和頻域圖。</p><p>　　選擇合適的指標(biāo)，設(shè)計(jì)FIR數(shù)字濾波器，將音頻中加入的噪聲信號(hào)減弱或?yàn)V除。</p><p><b>　　擴(kuò)展要求：</b></p><p>　　根據(jù)2得到的頻譜圖，選擇

9、合適的通帶截止頻率和阻帶截止頻率。根據(jù)上述指標(biāo)設(shè)計(jì)出合適的濾波器，將信號(hào)通過濾波器，得到去噪后的信號(hào)。濾波函數(shù)可用fftfilt。</p><p>　　將處理后的音頻信號(hào)重新生成.wav文件，收聽該音頻，根據(jù)效果調(diào)整濾波器指標(biāo)重新設(shè)計(jì)濾波器。</p><p>　　使用wavwrite函數(shù)將去噪后的函數(shù)重新生成wav格式的音頻文件。</p><p>　　播放音頻文件，

10、根據(jù)效果修改濾波器中的參數(shù)，直到得到與原信號(hào)幾乎相同的音頻文件。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)程序見附件。</b></p><p><b>　　附程序：附件</b></p><p>　　%得到無(wú)噪聲的原始信號(hào)和有噪聲的加噪信號(hào) </p><p><b>　　clc</b>&

11、lt;/p><p><b>　　clear</b></p><p>　　for n = 1 : 999</p><p>　　% a(n) = sin(0.5906*n)+sin(1.0245*n)</p><p>　　a(n)=sin(0.5906*n); %無(wú)噪聲信號(hào)</p><p>　

12、　b(n)=sin(1.0245*n);</p><p><b>　　end;</b></p><p><b>　　a=a/2; </b></p><p><b>　　sound(a);</b></p><p>　　b=conv(a,b/2); %加噪</

13、p><p><b>　　sound(b);</b></p><p>　　wavwrite(a,'a.wav'); %寫文件</p><p>　　wavwrite(b,'b.wav');</p><p>　　%沒有噪聲的音頻信號(hào)FFT分析</p><p><b&

14、gt;　　clc</b></p><p>　　[y,fs,nbit]=wavread('a.wav'); %讀信號(hào)</p><p><b>　　sound(y);</b></p><p>　　Y=fft(y); %傅里葉變換</p><p>　　

15、hg=abs(Y);</p><p>　　figure(1);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(hg); %繪圖</p><p>　　xlabel('k');</p><p>　　ylabel('|X(

16、k)|');</p><p>　　title('無(wú)噪聲譜分析');</p><p>　　% axis([0 1000 0 400]);</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p><b>　　plot(y);</b></p><p>　　xlabel

17、('t');</p><p>　　ylabel('y');</p><p>　　title('原信號(hào)');</p><p>　　%有噪聲的音頻信號(hào)做FFT分析</p><p><b>　　clc</b></p><p>　　[x,fs,nbit]=w

18、avread('b.wav'); %讀信號(hào)</p><p><b>　　sound(x);</b></p><p>　　X=fft(x); %傅里葉變換</p><p>　　hg2=abs(X); %幅頻響應(yīng)</p><p

19、>　　figure(2);</p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(hg2); %繪頻域圖</p><p>　　xlabel('k');</p><p>　　ylabel('|X(k)|');</p><

20、;p>　　title('有噪聲譜分析');</p><p>　　subplot(2,1,2);</p><p>　　plot(x); %繪時(shí)域圖</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('y');<

21、/p><p>　　title('有噪信號(hào)');</p><p>　　%子函數(shù)用凱澤窗設(shè)計(jì)的低通濾波器</p><p>　　function h=ditong(Rs,Wp,Wst) </p><p>　　dert_w=Wst-Wp;</p><p>　　N=ceil((10*pi/

22、dert_w)+1);</p><p>　　beta=0.5842*(Rs-21)^0.4+0.07886*(Rs-21);</p><p>　　hd=ideal((Wst-Wp)/2,N); </p><p>　　B=kaiser(N,beta); </p><p>　　h=hd.*(B

23、)'; %加窗后</p><p>　　[H,m]=freqz(h,[1],1024,'whole'); %獲取頻率響應(yīng)</p><p>　　mag=abs(H); %幅值</p><p>　　db=20*log10((mag+eps)/max(mag

24、)); %分貝數(shù)</p><p>　　pha=angle(H); %相位</p><p><b>　　%繪圖</b></p><p><b>　　w=m/pi;</b></p><p>　　figure(4);</p><p>　

25、　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(w,mag);</p><p>　　xlabel('w');</p><p>　　ylabel('h');</p><p>　　title('加窗后幅度響應(yīng)');</p><p>　　subplot(2,1,

26、2);</p><p>　　plot(w,db);</p><p>　　xlabel('w');</p><p>　　ylabel('db');</p><p>　　title('分貝數(shù)');</p><p>　　axis([0 1 -100 0]);</p>

27、<p><b>　　;</b></p><p><b>　　%濾波，還原信號(hào)</b></p><p><b>　　clc</b></p><p>　　[y,fs,nbit]=wavread('b.wav');</p><p>　　Rs=70;

28、 %濾波器指標(biāo)</p><p>　　Wp=0.3*pi; </p><p>　　Wst=0.6*pi;</p><p>　　b=ditong(Rs,Wp,Wst);</p><p>　　Y=fft(y,1024);</p><p>　　x=

29、fftfilt(b,y); %濾波</p><p>　　X=fft(x,1024); %傅里葉變換</p><p><b>　　sound(x);</b></p><p>　　figure(3); %繪圖</p><p>　　subplo

30、t(2,1,1);</p><p><b>　　plot(x);</b></p><p>　　title('還原后的音頻波形');</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　ylabel('x');</p><p>　　sub

31、plot(2,1,2);</p><p>　　plot(abs(X));</p><p>　　title('濾波還原后信號(hào)的頻譜');</p><p>　　xlabel('k');</p><p>　　ylabel('X(k)');</p><p>　　wavwrite(

32、x,'huanyuan.wav'); %寫信號(hào)到文件huanyuan.wav</p><p>　　[m,fs]=wavread('huanyuan.wav');</p><p><b>　　sound(m);</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果及分析</b></p&g

33、t;<p>　　1、由于錄制的音頻信號(hào)加的噪聲總是不理想，于是自己制作了兩個(gè)音頻文件a.wav和b.wav。其中a.wav是沒有噪聲的，b.wav是加了其他頻率的噪聲的信號(hào)。其頻譜及時(shí)域信號(hào)如圖1、圖2所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>

34、　　2、設(shè)計(jì)濾波器.。由于要求用FIR濾波器，故可以使用窗函數(shù)設(shè)計(jì)濾波器。凱澤窗的衰減特性最好，故選擇凱澤窗設(shè)計(jì)濾波器。根據(jù)圖2得到的頻譜圖可以確定濾波器的通帶截止頻率可以在0.3π附近，阻帶截止頻率可以在0.6附近。濾波器的幅度響應(yīng)如圖3所示。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　3、將加噪后的信號(hào)通過濾波器，恢復(fù)原信號(hào)。通過濾波器的函數(shù)是

35、fftfilt。通過濾波器后得到的頻譜圖及還原的信號(hào)見圖4.</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　4、將還原后的信號(hào)生成wav文件。用函數(shù)wavwrite().寫到文件huanyuan.wav中，打開huanyuan.wav文件，音收聽頻信號(hào)正常與否，若不正常，更改濾波器指數(shù)，繼續(xù)設(shè)計(jì)。。</p><p><b&

36、gt;　　體會(huì)</b></p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，有很多類似的程序。比較為難的是，錄制音頻信號(hào)總是不能理想。難以在語(yǔ)音信號(hào)上在加上頻率較高的信號(hào)，最后，我的解決辦法是，自己制作語(yǔ)音信號(hào)，由于是自己制作，所以只有“滴”的一聲。這就是很大的缺陷。</p><p>　　另外，我認(rèn)為在本次試驗(yàn)中最重要的就是濾波器的設(shè)計(jì)，而濾波器的設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于要找到合適的截止頻率，這是通

37、過不斷的試得出來(lái)的。從本次設(shè)計(jì)也可以看出，再簡(jiǎn)單的一件事也需要耐心的。都需要付出。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 程佩青．?dāng)?shù)字信號(hào)處理教程（第三版）．清華大學(xué)出版社，2007．2</p><p>　　[2] 張威．MATLAB基礎(chǔ)與編程入門.西安電子科技大學(xué)出版社（第二版），2009.2</p&