MATLAB课程设计报告-语音信号的采集与处理

MATLAB 课程设计

学院：电气信息工程学院

课题：语音信号的采集与处理

班级：电信 1201

组长：

组员：

指导老师：

语音信号的采集与处理

一、实验要求

（1）本课程设计要求掌握 MATLAB 语言特性、数学运算和图形表示；掌握MATLAB 程序设计方法在信息处理方面的一些应用；掌握在 Windows 环境下，利用 MATLAB 进行语音信号采集与处理的基本方法。

（2）本课程设计分为基础与综合设计题目，其中基础题目为 MATLAB 基本训练（必做）；对于综合设计题，需按照任务书要求，对设计过程所进行的有关步骤进行理论分析，并对完成的设计作出评价，总结自己整个设计工作中的经验教训、收获；在课设最后一天提交课程设计报告，报告必须按照统一格式打印，装订成册。

二、实验内容

1、利用 windows 自带的录音机或者其它录音软件，录制几段语音信号（要有几种不同的声音，要有男声、女声）。

2、对录制的语音信号进行频谱分析，确定该段语音的主要频率范围，由此频率范围判断该段语音信号的特点（低沉 or 尖锐？）

3、利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临界采样）对信号的影响。这里涉及到采样下重采样的问题，请大家思考如何去做。

4、实现语音信号的快放、慢放、倒放、回声、男女变声。

5、对采集到的语音信号进行调制与解调，观测调制与解调前后信号的变化。

6、对语音信号加噪，然后进行滤波，分析不同的滤波方式对信号的影响。

7、如果精力和时间允许，鼓励利用 MATLAB GUI 制作语音信号采集与分析演示系统。

三、MATLAB仿真

任务一（陈康负责）

1.利用频谱的分析

利用Windows下的录音机,录制一段男生和女生的语音,存为*.WA V的文件。然后在Matlab软件平台下,利用函数wavread对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换（FFT变换）,得到信号的频谱特性，分析语音信号频谱。

源程序：

fs=44100;

[x,fs,Nbits] =wavread('E:\GQQQ\leo') ;

derta_fs = fs/length(x);

t=0:1/44100:(length(x)-1)/44100;

sound(x,fs) ; %对加载的语音信号进行回放

figure(1)

plot(t,x) %做原始语音信号的时域图形

title('原始语音信号');

xlabel('time n');

ylabel('fuzhi n');

n=length(x); %求出语音信号的长度

y1=fft(x,n) ; %傅里叶变换

w=1/n*[0:n-1]*fs;

figure(2)

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(y1)*2/n)); %做原始语音信号的FFT频谱图

title('原始语音信号FFT频谱')

频谱分析对比

运行结果：

女生：

频谱分析：从300hz到2000hz都有分布，主要集中在300—1200Hz，声音尖锐，是女生频谱。

男生:

频谱分析：从200hz到1000hz都有分布，集中在300—1000Hz声音低沉，是男生频谱。

任务二（詹筱珊负责）

利用采样定理，对该段语音信号进行采样，观察不同采样频率（过采样、欠采样、临界采样）对信号的影响。这里涉及到采样下重采样的问题，请大家思考如何去做。

源程序：

clear;

[y,fs,bits]=wavread('E:\GQQQ\WOMAN'); %x语音数据fs采样频率bits采样点数

sound(y,fs,bits); %话音回放

n = length (y) ; %求出语音信号的长度

derta_fs = fs/length(y);

Y=fft(y,n); %傅里叶变换

figure(1);

subplot(2,1,1);

plot(y);

title('原始信号波形');

subplot(2,1,2);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(Y)*2/n));

title('原始信号频谱');grid

y1=decimate(y,2); %采样频率为22050Hz，过采样

fs1=fs/2;

sound(y1,fs1,bits); %话音回放

n1 = length (y1) ; %求出语音信号的长度

derta_fs = fs/length(y1);

Y1=fft(y1,n1); %傅里叶变换

figure(2);

subplot(2,1,1);

plot(y1);

title('过采样信号波形');

subplot(2,1,2);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(Y1)*2/n1));

title('过采样信号频谱');grid

y2=decimate(y,4); %每4个取一个，采样频率为11025Hz接近临界采样

fs2=fs/4;

sound(y2,fs2,bits); %话音回放

n2 = length (y2) ; %求出语音信号的长度

derta_fs = fs/length(y2);

Y2=fft(y2,n2); %傅里叶变换

figure(3);

subplot(2,1,1);

plot(y2);

title('临界采样信号波形');

subplot(2,1,2);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(Y2)*2/n2)); title('临界采样信号频谱');grid

y3=decimate(y,8); %抽取函数，频率变为原来1/8，欠采样

fs2=fs/8;

sound(y2,fs2,bits); %话音回放

n3 = length (y3) ; %求出语音信号的长度

derta_fs = fs/length(y3);

Y3=fft(y3,n3); %傅里叶变换

figure(4);

subplot(2,1,1);

plot(y3);

title('欠采样信号波形');

subplot(2,1,2);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(Y3)*2/n3)); title('欠采样信号频谱');grid

运行结果：

任务三（郭前负责）

实现语音信号的快放、慢放、倒放、回声、男女变声

源程序：

%变速-快放%

fs=25600;

[z,fs,nbits]=wavread('E:\GQQQ\leo'); %读取声音文件

derta_fs = fs/length(z);

x=z(:,1); %读入的y矩阵有两列,取第1列

y1=voice(x,1.5); %调整voice()第2个参数转换音调,>1降调,<1升调,y1为x转换后的声音

w=1.5;

F=w*fs; %w>1为快放，w<1为慢放

sound(y1,F)

N=length(x); M=length(y1);

n=0:N-1; m=0:M-1;

X= fft(x); Y=fft(y1); %傅里叶变换

T=1/fs; T1=1/（fs*w）;

f=n/N*fs; f1=m/M*fs*w;

t=n*T; t1=m*T1;

figure;

subplot(2,1,1);

plot(t,x);

xlabel('t/s');ylabel('幅值');title('转换前的波形');

subplot(2,1,2);

plot(t1,y1);

xlabel('t/s');ylabel('幅值');title('转换后的波形');

figure;

subplot(2,1,1);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(X))*2/N); xlabel('frequency/Hz');ylabel('幅值');title('转换前的频谱');

subplot(2,1,2);

plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(Y))*2/N); xlabel('frequency/Hz');ylabel('幅值');title('转换后的频谱');

快放：

快放之后时间缩短。

慢放：

慢放之后时间变长。

倒放

fs=22050;

[x,fs,Nbits]=wavread('E:\GQQQ\leo');

t=0:1/22050:(length(x)-1)/22050;%对加载的语音信号进行回放

y=flipud(x) %对加载的语音信号实现翻转函数figure(1)

subplot(2,1,1);

plot(x); %声音的时域波形

title('原声音的波形');

subplot(2,1,2);

plot(y);

title('倒放后声音的波形');

wavplay(y,fs);

回声：

[y,fs,nbits]=wavread('E:\GQQQ\WOMAN') ;

x=y(:,1);

z=[zeros(50000,1);x]; %延时50000个点

x1=[x;zeros(50000,1)]; %使原声音长度与延时后相等y1=x1+0.4*z; %原声+延时衰减

figure(2)

subplot(2,1,1);

plot(x); %声音的时域波形

title('原声音的波形');

subplot(2,1,2);

plot(y1);

title('加入回声的波形');

sound(5*y1,fs,nbits);

男声转换为女声

[y,fs,nbits]=wavread('E:\GQQQ\leo'); %读取声音文件

x=y(:,1); %读入的y矩阵有两列,取第1列

y1=voice(x,0.71); %调整voice()第2个参数转换音调,>1降调,<1升调,y1为x转换后的声音

N=length(x); M=length(y1);

n=0:N-1; m=0:M-1;

X= fft(x); Y=fft(y1); %傅里叶变换

Fs=2*fs; %2倍频

T=1/Fs; T1=1/Fs*0.71;

f=n/N*Fs; f1=m/M*Fs/0.71;

derta_Fs =Fs/length(x);

derta_Fs1 =Fs/length(y1);

t=n*T; t1=m*T1;

figure;

subplot(2,1,1);

plot(t,x);

xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('转换前的波形');

subplot(2,1,2);

plot(t1,y1);

xlabel('t/s');ylabel('magnitude');title('转换后的波形');

figure;

subplot(2,1,1);

plot([-Fs/2:derta_Fs:Fs/2-derta_Fs],abs(fftshift(X)*2/N));

xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('转换前的频谱');

subplot(2,1,2);

plot([-Fs/2:derta_Fs1:Fs/2-derta_Fs1],abs(fftshift(Y)*2/M)); xlabel('frequency/Hz');ylabel('magnitude');title('转换后的频谱'); sound(y1,fs,nbits);

男声转换为女声

女声转换为男声

Voice函数调用

function Y=voice(x,f)

%更改采样率使基频改变 f>1降低;f<1升高

f=round(f*1000);

d=resample(x,f,1000);

%时长整合使语音文件恢复原来时长

W=400;

Wov=W/2;

Kmax=W*2;

Wsim=Wov;

xdecim=8;

kdecim=2; X=d';

F=f/1000;

Ss =W-Wov;