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基于MATLAB的基本运算和语音信号处理课程设计 ,完成语音信号的采集,利用windows自带的录音机或其他软件,录制一段语音,时间在1s以内,并对信号进行采样,画出采样信号的时域和频域波形。用窗函数法和双线性变换法设计以下三种数字滤波器,用设计好滤波器的对语音信号进行滤波处理,画出处理后的时域和频域波,对滤波前后的语音信号频谱进行对比,并对设计结果进行分析。
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课程设计任务书
学生姓名: 专业班级
指导教师: 工作单位:
题 目: 基于MATLAB的基本运算和语音信号的处理
初始条件:
Windows操作系统平台
MATLAB应用软件
Windows自带的录音功能
要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要
求)
1.必做题
(1)极限的计算、微分的计算、积分的计算、级数的计算、求解代数方程,求解微分
方程。
(2)矩阵的最大值、最小值、均值、方差、转置、逆、行列式、特征值的计算。
(3)多项式加减乘除运算、多项式求导、求根和求值运算、多项式的部分分式展开。
2.选做题
(1)完成语音信号的采集,利用windows自带的录音机或其他软件,录制一段语音,
时间在1s以内,并对信号进行采样,画出采样信号的时域和频域波形。
(2)要求用窗函数法和双线性变换法设计以下三种数字滤波器,其性能指标下
(3)用设计好滤波器的对语音信号进行滤波处理,画出处理后的时域和频域波形。
(4)对滤波前后的语音信号频谱进行对比,并对设计结果进行分析。
时间安排:第16周安排任务,分组
第17周设计仿真,撰写报告
第18周完成设计,提交报告,答辩
指导教师签名: 年 月 日
系主任(或责任教师)签名: 年 月 日
目 录
摘 要...................................................................................................................................................................3
Abstract..............................................................................................................................................................3
1 MATLAB的基本运算.....................................................................................................................................4
1.1 基本微积分运算..................................................................................................................................4
1.1.1 极限值的计算...........................................................................................................................4
1.1.2 积分的计算...............................................................................................................................5
1.1.3 微分的计算...............................................................................................................................5
1.1.4 求解常微分方程.......................................................................................................................6
1.1.5级数的计算................................................................................................................................6
1.1.6求解代数方程............................................................................................................................7
1.2 矩阵的基本运算..................................................................................................................................7
1.2.1 矩阵的转置...............................................................................................................................7
1.2.2 矩阵的逆、行列式...................................................................................................................7
1.2.3 矩阵最大值和最小值...............................................................................................................8
1.2.4 矩阵的相乘...............................................................................................................................8
1.2.5 矩阵的左除和右除...................................................................................................................9
1.2.6 矩阵的幂运算...........................................................................................................................9
1.2.7 矩阵特征值的计算.................................................................................................................10
1.2.8 矩阵的均值和方差..................................................................................................................11
1.3 多项式的四则运算............................................................................................................................11
1.3.1 多项式加减乘除运算..............................................................................................................11
1.3.2 多项式的部分分式展开.........................................................................................................12
1.3.3 多项式求导、求根和求值运算..............................................................................................12
1.3.4 多项式的拟合、插值运算......................................................................................................13
2基于MATLAB的语音信号处理....................................................................................................................15
2.1 设计原理............................................................................................................................................15
2.1.1 采样.........................................................................................................................................15
2.1.2 时域信号的FFT分析方法.......................................................................................................16
2.1.3 数字滤波器.............................................................................................................................16
2.2 设计方案与运行结果........................................................................................................................16
2.2.1语音信号的读取......................................................................................................................16
2.2.2 低通滤波器.............................................................................................................................17
2.2.3 高通滤波器.............................................................................................................................20
2.2.4 带通滤波器.............................................................................................................................23
3 小结与体会...................................................................................................................................................27
参考文献..........................................................................................................................................................28
摘 要
语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的
学科,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人
类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。
MATLAB语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件,它可以将声音
文件变换为离散的数据文件,然后利用其强大的矩阵运算能力处理数据,如数字滤波、傅
里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等,它的信号处理与分析工具箱
为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数,利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成
语音信号的处理和分析以及信号的可视化,使人机交互更加便捷。信号处理是Matlab重要
应用的领域之一。
本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题,采用MATLAB7.0
综合运用GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、傅里叶变换及滤
波,程序界面简练,操作简便,具有一定的实际应用意义。
关键字:MATLAB;语音信号;滤波;信号处理;
Abstract
T h e s p e e c h s i g n a l p r o c e s s i n g i s u s i n g d i g i t a l s i g n a l p r o c e s s i n g
t e c h n o l o g y a n d k n o w l e d g e o f p h o n e t i c s t h e s p e e c h s i g n a l p r o c e s s i n g n e w
3
discipline, is the most rapid development of the information science research
in the $eld of core technical one. Through the speech information is the most
i m p o r t a n t a n d t h e m o s t e % e c t i v e h u m a n , t h e m o s t c o m m o n a n d m o s t
convenient exchange information form.
MATLAB language is a kind of data analysis and processing functions very
p o w e r f u l c o m p u t e r a p p l i c a t i o n s o f t w a r e , i t c a n s o u n d $ l e f o r d i s c r e t e
t r a n s f o r m t h e d a t a $ l e , t h e n u s e i t s s t r o n g m a t r i x c o m p u t a t i o n a b i l i t y t o
h a n d l e d a t a , s u c h a s d i g i t a l $ l t e r , Fo u r i e r t r a n s f o rm , t h e t i m e d o m a i n a n d
f r e q u e n c y d o m a i n a n a l y s i s , v o i c e a n d a l l s o r t s o f $ g u r e o f t h e p r e s e n t
p l a y b a c k , i t s s i g n a l p r o c e s s i n g a n d a n a l y s i s t o o l b o x f o r s p e e c h s i g n a l
an a l y s i s p rovi d e s p l e n t y of f u n c t io n , us e t h e s e f u n c t io n s c a n b e q ui c k a n d
c o n v e n i e n t a n d c o m p l e t e s p e e c h s i g n a l p r o c e s s i n g a n d a n a l y s i s a n d
visualization of signal, human-computer interaction more convenient. Signal
processing is an important application $eld in MATLAB.
This design for now most speech processing various content, operating
s o f t w a r e i n c o n v e n i e n c e o f , u s e M A T L A B 7 . 0 c o m p r e h e n s i v e u s e o f G U I
i n t e r f a c e d e s i g n , a l l s o r t s o f f u n c t i o n c a l l s , t o r e a l i z e t h e s p e e c h s i g n a l
f r e q u e n c y c o n v e r s i o n , d e r r i c k i n g a n d F o u r i e r t r a n s f o r m a n d $ l t e r , a n d t h e
p r o g r a m i n t e r f a c e c o n c i s e , s i m p l e o p e r a t i o n , a n d h a s c e r t a i n a c t u a l
application signi$cance.
Key word: MATLAB; Speech signal; Filtering; Signal processing;
1 MATLAB的基本运算
1.1 基本微积分运算
1.1.1 极限值的计算
MATLAB中极限函数limit格式如下:
limit(F,x,a) ;limit(F,a);limit(F);limit(F,x,a,'right');limit(F,x,a,'left')
其中F表示的是函数式,x表示求极限的变量,a表示的是变量取的值,left或right表示是取
左极限还是右极限。
4
例:求;
分析:这是一个典型的求
极限的题目,题目中涉及了两
个变量,故在程序开始应该先定义两个变量,然后直接利用函数limit编程计算。
示例程序如下:
syms x y
limit(limit(log(x+exp(y))/sqrt(x*x+y*y),x,3),y,0)
计算结果:
1.1.2 积分的计算
MATLAB中积分常用函数为int,格式如下:
int(f,x,a,b)
其中f表示待积分的函数,x表示积分变量,而a,b则分别表示积分起始终止点。
例:求下列变上限积分
分析:积分运算大量运用于求面积
体积等,此处选用的是一个变上限积分,
属于有些典型的积分例子,但任然是根据函数格式就可以写出程序。
示例程序如下:
syms k x;
y=(1+k)^(1/2);
f=int(y,k,x,x^2)
计算结果:
1.1.3 微分的计算
MATLAB中微分函数diff格式如下:
Y = diff(X);Y = diff(X,n);Y = diff(X,n,dim)
其中X表示待微分的变量,n表示n次微分,第三式表示沿着定维dim的n阶微分。
例:求sin(4x+2)的微分;
分析:微分运算能直观的显示函数值 的变化快慢,在平时计算中常常反映变量的
变化对函数值的影响大小这是一个简单的一阶微分式子,可以直接写定义变量然后求结果。
示例程序如下:
syms x y dy
y= sin(4*x+2);
5
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唯依
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