声音信号采集与播放
实验报告
目录
一、实验概述
二、实验程序及介绍
1、录制声音文件
2、播放声音文件
三、实验结果及分析
四、实验总结
一、实验概述
本实验在LABVIEW平台上构建了一个声音信号采集和播放的程序。用这个程序可以通过麦克风将音乐、声响或语音录制下来，保存在文件中，并通过播放程序部分将保存的声音文件播放出来。
二、实验程序
1、录制声音文件
图1 录制声音程序流程图
图2 录制声音程序前面板
录制声音的程序由一系列声音VI和一系列文件VI并列组成，程序框图如图1所示。下面按照图中各个VI的序号，介绍程序的构成。
（1）读取并打开声音文件VI：这是一个多态VI，此处选取“写入”。它创建一个声音文件，用于写入“.wav”格式的声音文件。它要求输入文件路径和声音文件格式。“声音格式”参数是一个簇，其中包含采样率、通道数、没采样比特数。程序中把这3个参数分别设置为22050、2、16，这样可以把麦克风输入的声音存储为16位立体声数据文件。它输出一个声音文件引用句柄。
（2）写入声音文件VI：将输入的声音数据写入声音文件。声音数据是一个簇数组，共两个元素；每个元素是一个波形簇，包括采样开始时间t0、采样时间间隔dt和声音数据y。t0和td被忽略，y可以是DBL、SGL、U8、I16、I32几种数据类型。这是一个多态VI，要根据y输入的数据类型手工选择相应的子VI。
（3）关闭声音VI：根据输入的声音文件引用句柄将“.wav”声音
文件关闭。
（4）配置声音输入VI：配置声音输入设备以采集声音数据。“每通道采样数”参数配置内存缓存中每个通道的采样数，连续录音时要用大一些的数值，本例配置为“10000”；“采样模式”参数在事前不清楚录制数据量大小时配置为“连续采样”；“设备ID”参数指定使用的声音设备；“声音格式”参数前面已经介绍过；“任务ID”参数输出一个关于指定设备配置信息的标识。
（5）读取声音输入VI：根据输入的任务ID从声音输入设备读
取数据。“每通道采样数”的参数要和配置声音输入VI中的配置相同。这是一个多态VI，要根据需要的声音数据类型手工选择相应的子VI。
（6）声音输入清零VI：根据输入的任务ID结束声音采集、清
空内存缓冲区、释放相关设备资源。
（7）简易错误处理器VI：报告整个程序执行过程中是否有错误。
2、播放声音文件
图 3 播放声音程序流程图
图4 播放声音程序前面板
下面按照图3中各个VI的序号，介绍程序的构成。
（1）打开声音文件VI：前面已经介绍过。此处选取“读取”。
（2）读取声音文件VI：根据输入的声音文件引用句柄从“.wav”文件读取一个波形数组。“每通道采样总数”参数指定这个VI每次被调用时读出的采样数据量，尽量和“配置声音输入VI”的“每通道采样数”参数一致；“位置模式”和“位置偏移量”两个参数确定文件当前位置加上偏移量的位置开始读数据，默认值为“相对”；输出的”数据“类型与写入时一样，每次输出一次采样的数据；输出的”偏移量“参数是输入的偏移量加上本次读文件产生的偏移量之和；”文件结束？”参数“T”时达到文件末尾。这是一个多态VI，要根据声音文件的数据类型手工选择相应的子VI。
（3）关闭声音文件VI：前面已经介绍。
（4）配置声音输出VI：和“配置声音输入VI”的配置参数相同。
（5）配置声音输出音量VI：调节输出声音音量大小用。
（6）写入声音输出VI：将输入数据写入声音输出设备。这是一个多态VI，要根据声音文件的数据类型手工选择相应的子VI。
（7）声音输入清零VI：前面已经介绍。
（8）简易错误处理器VI：前面已经介绍。
三、实验结果及分析
经测试，本程序可以较好地实现声音信号的录制和播放功能，且输出声音质量尚可。
四、实验总结
本次试验中，我通过编程实现了声音信号的采集与播放功能，对数据采集与处理技术这门课程得到了更深的体会。同时，LABVIEW 编程技能得到了提高。
基于MATLAB 的声音信号采集系统 野龙平 （陕西师范大学电子信息科学与技术，陕西） 摘要: 声音是各种信号传递与交流最直接的体现，因此对声音信号的研究有十分重要的意义。本文主要针对Matlab指令系统对声音信号的采集，作者利用Matlab 提供的数据采集工具箱, 介绍了倆种采集方法，简单分析并比较其优缺点。基于matlab的数据采集系统, 具有实现简单、性价比和灵活度高的优点。 关键词: Matlab; 数据采集 0 引言 随着科技的发展，对于语音信号的采集已经有很多种方法，如基于单片机技术、VC,C++等编程、纯硬件电路，本文介绍的方法主要通过一款软件MATLAB。它是MathWorks 公司推出的一种面向工程和科学运算的交互式计算软件, 其中包含了一套非常实用的工具-- 数据采集工具箱。使用此工具箱更容易将实验测量、数据分析和可视化的应用集合在一起。数据采集工具箱提供了一整套的命令和函数, 通过调用这些命令和函数, 可以直接控制数据采集设备的数据采集。 作者简单介绍了一种用声卡进行语音信号采集和MATLAB 的数据采集工具箱进行分析处理的语音信号采集系统。经实验证明, 该系统可实现在线连续采集语音信号并进行分析和处理, 具有实现简单、性价比和灵活度高的特点。 1 语音数据采集系统设计 MATLAB 中提供了强大的数据采集工具箱( DAQ- Data Acquisition Toolbox) , 可满足控制声卡进行数据采集的要求。用户通过调用MATLAB 命令, 可对采集的数据进行分析和处理, 为用户带来了极大的方便。 语音数据采集过程如图1 所示。
图1 声卡采集声音信号有两种方式: 传输线输入方式(LineIn) 和麦克风输入( MicIn) 方式。LineIn 方式是通过传输线把其他声音设备, 如录音机等设备的音频输出信号连接到声卡, 通过声卡记录数据存入计算机。 本系统采用MicIn 方式, 即用麦克风接收语音通过声卡将音频信号存入计算机。利用MicIn 方式通过声卡采集数据有两种方法: 方法一是采用对声卡产生一个模拟输入对象进行采集, 方法二是直接利用MATLAB 数据采集箱中提供的的函数命令进行采集。 1. 1 方法1 本系统是以声卡为对象利用MATLAB 数据采集工具箱提供的环境完成数据采集过程, 麦克风成为数据采集系统中的传感器。数据采集过程与其他硬件设备无关, 只与声卡有关, 因此应对声卡产生一个模拟输入对象(AI) 。 数据采集过程的具体实现: 1) 初始化: 创建设备对象。 ai= analoginput(‘ winsound ’ ) 2) 配置: 根据数据采集硬件设备的特性, 增加通道和控制数据采集的行为。为AI 添加1 个通道, 设置采样频率和采样时间。 addchannel( ai, 1) freq= 8000; % 采样频率fs8000Hz set( AI, sampleRate, freq) %为模拟输入设备设置采样频率 duration= 2; %采样时间为2 秒 set (AI, SamplesPerTriffer, duration* freq) ; % 为模拟输入设备设置触发时间 3) 执行: 启动设备对象, 采集数据。 start( ai) ; %启动设备对象 data= getdata( ai) ; % 获得采样数据 4) 终止: 删除设备对象。 stop( ai) ; % 停止设备对象 语音信号输入 声卡 Matlab 数据采集箱 计算机
《matlab与信号系统》实验报告 学院： 学号： 姓名： 考核实验——语音信号采集与处理初步 一、课题要求 1．语音信号的采集 2．语音信号的频谱分析 3．设计数字滤波器和画出频率响应 4．用滤波器对信号进行滤波 5．比较滤波前后语音信号的波形及频谱 6．回放和存储语音信号 （第5、第6步我放到一起做了） 二、语音信号的采集 本段音频文件为胡夏演唱的“那些年”的前奏（采用Audition音频软件进行剪切，时长17秒）。运行matlab软件，在当前目录中打开原音频文件所在的位置，采用wavread函数对其进行采样，并用sound函数可进行试听，程序运行之后记下采样频率和采样点。 利用函数wavread对语音信号的采集的程序如下： clear; [y,fs,bits]=wavread('music.wav'); %x：语音数据；fs：采样频率；bits：采样点数sound(y,fs,bits); %话音回放 程序运行之后，在工作区间中可以看到采样频率fs=44100Hz，采样点bits=16
三、语音信号的频谱分析 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，得到信号的频谱特性。语音信号的FFT频谱分析的完整程序如下： clear; [y,fs,bits]=wavread('music.wav'); %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 Y=fft(y,n); %傅里叶变换 subplot(2,1,1); plot(y); title('原始信号波形'); subplot(2,1,2); plot(abs(Y)); title('原始信号频谱'); 程序结果如下图： 四、设计数字滤波器和画出频率响应 根据语音信号的特点给出有关滤波器的性能指标： 1）低通滤波器性能指标，fp=1000Hz，fc=1200 Hz，As=100dB，Ap=1dB； 2）高通滤波器性能指标，fc=4800 Hz，fp=5000 Hz As=100dB，Ap=1dB。
文档从互联网中收集，已重新修正排版，word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。 目录 第1章前言 ................................................................................................... 错误!未定义书签。第2章语音信号分析处理的目的和要求 ................................................... 错误!未定义书签。 2.1MATLAB软件功能简介................................................................. 错误!未定义书签。 2.2课程设计意义 .................................................................................. 错误!未定义书签。第3章语音信号的仿真原理..................................................................... 错误!未定义书签。第4章语音信号的具体实现..................................................................... 错误!未定义书签。 4.1语音信号的采集................................................................................ 错误!未定义书签。 4.2语音信号加噪与频谱分析................................................................ 错误!未定义书签。 4.3设计巴特沃斯低通滤波器................................................................ 错误!未定义书签。 4.4用滤波器对加噪语音滤波................................................................ 错误!未定义书签。 4.5比较滤波前后语音信号波形及频谱................................................ 错误!未定义书签。第5章总结................................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献......................................................................................................... 错误!未定义书签。附录................................................................................................................. 错误!未定义书签。
实验一声音信号的获取与处理 声音媒体是较早引入计算机系统的多媒体信息之一，从早期的利用PC机内置喇叭发声，发展到利用声卡在网上实现可视电话，声音一直是多媒体计算机中重要的媒体信息。在软件或多媒体作品中使用数字化声音是多媒体应用最基本、最常用的手段。通常所讲的数字化声音是数字化语音、声响和音乐的总称。在多媒体作品中可以通过声音直接表达信息、制造某种效果和气氛、演奏音乐等。逼真的数字声音和悦耳的音乐，拉近了计算机与人的距离，使计算机不仅能播放声音，而且能“听懂”人的声音是实现人机自然交流的重要方面之一。 采集(录音)、编辑、播放声音文件是声卡的基本功能,利用声卡及控制软件可实现对多种音源的采集工作。在本实验中，我们将利用声卡及几种声音处理软件，实现对声音信号的采集、编辑和处理。 实验所需软件： Windows录音机（Windows98内含） Creative WaveStudio(Creative Sound Blaster系列声卡自带) Syntrillium Cool Edit 2000(下载网址：https://www.doczj.com/doc/5a6323631.html,) 进行实验的基本配置： Intel Pentium 120 CPU或同级100%的兼容处理器 大于16MB的内存 8位以上的DirectX兼容声卡 1.1 实验目的和要求 本实验通过麦克风录制一段语音信号作为解说词并保存，通过线性输入录制一段音乐信号作为背景音乐并保存。为录制的解说词配背景音乐并作相应处理，制作出一段完整的带背景音乐的解说词。 1.2 预备知识 1．数字音频和模拟音频 模拟音频和数字音频在声音的录制和播放方面有很大不同。模拟声音的录制是将代表声音波形的电信号转换到适当的媒体上，如磁带或唱片。播放时将纪录在媒体上的信号还原为波形。模拟音频技术应用广泛，使用方便。但模拟的声音信号在多次重复转录后，会使模拟信号衰弱，造成失真。 数字音频就是将模拟的(连续的)声音波形数字化(离散化)，以便利用数字计算机进行处理，主要包括采样和量化两个方面。 2．数字音频的质量 数字音频的质量取决于采样频率和量化位数这两个重要参数。采样频率是对声音波形每秒钟进行采样的次数。人耳听觉的频率上限在2OkHz左右，根据采样理论，为了保证声音
虚拟仪器技术 姓名：史昌波 学号：2131391 指导教师：孙来军 院系(部所)：电子工程学院专业：控制工程
目录 1、前言 (3) 2、声卡的硬件结构和特性 (3) 2．1声卡的作用和特点 (3) 2．2声卡的构造 (5) 3、LABVIEW中与声卡相关的函数节点 (5) 4、LABVIEW程序设计 (6) 4．1程序原理 (6) 4．2程序结构 (7) 4．3结果分析 (9) 5、结束语 (9) 6、参考文献 (10)
基于声卡的数据采集与分析 1、前言 虚拟仪器技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。在虚拟仪器系统中，硬件解决信号的输入和输出，软件可以方便地修改仪器系统的功能，以适应不同使用者的需要。其中硬件的核心是数据采集卡。目前市售的数据采集卡价格与性能基本成正比，一般比较昂贵1。 随着DSP(数字信号处理)技术走向成熟，计算机声卡可以成为一个优秀的数据采集系统，它同时具有A／D和D／A转换功能，不仅价格低廉，而且兼容性好、性能稳定、灵活通用，驱动程序升级方便，在实验室中，如果测量对象的频率在音频范围，而且对指标没有太高的要求，就可以考虑使用声卡取代常规的DAQ设备。而且LABVIEW中提供了专门用于声卡操作的函数节点，所以用声卡搭建数据采集系统是非常方便的2。 2、声卡的硬件结构和特性 2．1声卡的作用和特点 声卡的主要功能就是经过DSP（数字信号处理）音效芯片的处理，进行模拟音频信号的与数字信号的转换，在实际中，除了音频信号以外，很多信号都在音频范围内，比如机械量信号，某些载波信号等，当我们对这些信号进行采集时，使用声卡作为采集卡是一种很好的解决方案。 声卡的功能主要是录制与播放，编辑与合成处理，MIDI接口三个部分3。 （1）录制与播放
河南科技大学 课程设计说明书课程名称微机应用技术课程设计 题目语音信号采集与处理课程设计 学院医学技术与工程学院 班级生物医学工程1201班 学生姓名 指导教师杨晓利 日期 2014年3月29日
课程设计任务书 （指导教师填写） 课程设计名称微机应用技术课程设计 学生姓名 专业班级生物医学工程1201班 设计题目语音信号采集与处理课程设计 课程设计目的 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．掌握信号处理的基本概念、基本理论和基本方法； 4．学会用MATLAB对信号进行分析和处理。 设计内容、技术条件和要求 1．语音信号的采集 用windows自带的录音机（开始—程序—附件—娱乐—录音机，文件—属性—立即转换—8000KHz，8位，单声道）或其他软件，录制一段语音信号，时间控制在2秒左右。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。通过wavread函数的使用，理解采样频率、采样位数等概念。 wavread函数调用格式： y=wavread(file)，读取file所规定的wav文件，返回采样值放在向量y中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，采样值放在向量y中，fs表示采样频率（Hz），nbits表示采样位数。 y=wavread(file,N)，读取前N点的采样值放在向量y中。 y=wavread(file,[N1,N2])，读取从N1点到N2点的采样值放在向量y中。2．语音信号的频谱分析 首先画出语音信号的时域波形；然后对语音信号进行频谱分析，在MATLAB中，可以利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。 时间进度安排 第1周：查阅资料； 第2周：实现设计内容 第3周：整理资料，撰写课程设计任务书 1
电子与信息工程学院 综合实验课程报告 课题名称 语音采集及回放系统设计 专 业 电子信息工程 班 级 07电子2班 学生姓名 Y Y Y 学 号 07002 指导教师 X X X 2010年 7月 5日
1 总体设计方案介绍： 1.1语音编码方案： 人耳能听到的声音是一种频率范围为20 Hz～20000 Hz ,而一般语音频率最高为3400 Hz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号,然后再转换成数字量的全过程。根据“奈奎斯特采样定理”, 采样频率必须大于模拟信号最高频率的两倍，由于语音信号频率为300～3 400 Hz ,所以把语音采集的采样频率定为8 kHz。从语音的存储与压缩率来考虑，模型参数表示法明显优于信号波形表示法[4]。但要将之运用于单片机，显然信号波形表示法相对简单易实现。基于这种思路的算法，除了传统的一些脉冲编码调制外，目前已使用的有VQ技术及一些变换编码和神经网络技术，但是算法复杂，目前的单片机速度底，难以实现。结合实际情况，提出以下几种可实现的方案。 （1）短时平均跨零记数法该方案通过确定信号跨零数，将语音信号编码为数字信号，常用于语音识别中。但对于单片机，由于处理数据能力底，该方法不易实现。 （2）实时副值采样法采样过程如图2.1所示。 图2.1 采样过程 具体实现包括直存取法、欠抽样采样法、自相似增量调制法等三种基本方法。其中第三种实现方法最具特色，该方法可使数据压1：4.5，既有M ?调制的优点，又同时兼有PCM编码误差较小的优点，编码误差不向后扩散。 1.2 A/D、D/A及存储芯片的选择 单片机语音生成过程,可以看成是语音采集过程的逆过程,但又不是原封不动地恢复原来的语音,而是对原来语音的可控制、可重组的实时恢复。在放音时,只要依原先的采样直经D/ A 接口处理,便可使原音重现。 （1）A/D转换芯片的选择根据题目要求采样频率f s=8K H Z，字长=8位， 可选择转换时间不超过125s的八位A/D转换芯片。目前常用的A/D转换实现的
《声音的采集与加工》教学设计 一、基本信息 二、设计思想 广东版选修教材《多媒体技术应用》中的“声音的采集与加工”教学模块主要包括四部分内容：“声音文件的存储格式”、“声音的采集”、“声音文件格式的转换”、“声音的加工”。仔细分析教材内容，基本上是音频理论知识和音频处理的相关操作介绍，如果按教材的先后顺序进行学习，学生很难从需求出发理解学习内容的实际意义，学习的兴趣就很难调动起来。“超级女声”在全国的异常火爆和网络翻唱的盛行，让我迅速创设了激发学生学习兴趣的情景，在此基础上对教材进行了二次开发，重新编排学习内容，将学习内容的了解和掌握适时穿插于整个作品的制作过程中，让学生经历“挫折”后，带着释疑的心情去探索新知，对所学内容记忆深刻，而且还能自我建构出许多书本上没有的新知识。 课前对学生学习情况的分析也是非常重要的一环，这个阶段学生已经完成了信息技术基础模块的学习，基本具备了网上搜索能力，掌握了简单的多媒体制作的方法，具有一定的设计、规划完成任务的能力。我还在学生中进行了“暗访”，了解到大部分学生对数字音频的加工、处理了解甚少，但却对此充满了神秘感，对数字音频在生活中的广泛应用展现出着浓厚的兴趣，对学习声音的采集和加工的学习充满期待。学生的喜好也是我暗访的重点，这为我最终确定创作主题起到决定性作用。虽然《超级女声》在学生中掀起一股唱卡拉OK的热潮，可是并非所有的学生都喜欢唱歌，单一的创作主题，很难满足全体同学的需求。于是我又构思出另一个主题，让学生根据自己的理解和编排创造性地给电影、动画、广告片断重新配语音和音效，有能力的同学还可以自己编制音乐故事，甚至还可以自
编、自导、自演电视音乐故事。基础薄弱学生的反映，引起我的关注，他们并没有表现极大的热情，并不是因为对主题不敢兴趣，而是担心自己无法胜任这个“高难度”的任务，于是我专门为能力薄弱的学生设计了一个简单而又有趣的声音编辑任务，使他们也能获得成就感。 教师事先的暗访是教学中活动安排的重要依据，对学生情况的了解使得活动主题及难度的设置贴近学生实际，而不是形式的“关怀”。 三、教学目标 1.知识与技能 认识多种声音文件存储格式、差异及适用情况； 掌握采集声音素材的技能，包括录制、声音素材的多途径获取； 掌握声音加工的具体技能：声音的剪辑、添加特殊效果、声音的合成； 掌握声音的存储和格式转换的基本方法。 2.过程与方法 让学生在对声音进行处理的过程中，关注运用了哪些知识和基本原理； 培养学生通过有计划、合理的数字音频加工进行创造性探索和解决实际问题的能力。 3.情感态度与价值观 让学生体会数字音频对人的生活带来的影响； 养成积极主动探究音频处理技术的习惯，帮助有困难的同学完成任务； 学会正确引用网络、光盘上的音乐，避免侵犯版权； 增强音乐的鉴赏能力，合理选用背景音乐。 四、教学重点和难点 重点：掌握声音采集、编辑和合成的一般方法。 难点：高质量地采集声音；润色声音（降噪、混响、高音激励等）；多音轨合成声音。
数字信号处理 课程设计 题目：基于MATLAB的语音信号的采集与处理学院：皖西学院 专业：通信工程 班级：通信1001班 学号：2010013461 2010013494 姓名：刘敏纵大庆指导教师：何富贵
摘要: 本次课程设计题目为<<基于MATLAB的语音信号的采集与处理>>。首先我们利用计算机上的录音软件获得语音信号，然后利用MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，利用MATLAB软件平台进行频谱分析；并对所采集的语音信号加入干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，设计合适的滤波器滤除噪声，恢复原信号！
1.背景 2. 设计目的 (2) 3. 设计原理 (2) 4. 设计过程 .......................................... ,,, 3 5. 实验代码及结果 (4) 5.1 语音信号的采集 (4) 5.2 语音信号加噪与频谱分析 ..................................... ,,,, 7 5.3 巴特沃斯滤波器的设计 .. (9) 5.4 比较滤波前后语音信号波形及频谱 (10) 6. 收获与体会 (12) 参考文献 (13)
1. 引言 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、 变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器，是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波，所以数字滤波器处理精 度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题，可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多，根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性，可分为两种，即有限冲激响应(FIR, Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应(IIR，Infin ite Impulse Resp on se) 滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构，没有输出到输入的反馈，系统函数H (z)在 z= R处收敛，极点全部在z = 0处(因果系统)，因而只能用较高的阶数达到高的选 择性。FIR数字滤波器的幅频特性精度较之于IIR数字滤波器低，但是线性相位，就是 不同频率分量的信号经过FIR滤波器后他们的时间差不变，这是很好的性质。FIR数字滤波器是有限单位脉冲响应有利于对数字信号的处理，便于编程，用于计算的时延也小，这对实时的信号处理很重要。FIR滤波器因具有系统稳定，易实现相位控制，允许 设计多通带(或多阻带)滤波器等优点收到人们的青睐[1]。 IIR滤波器采用递归型结构，即结构上带有反馈环路。IIR滤波器运算结构通常由 延时、乘以系数和相加等基本运算组成，可以组合成直接型、正准型、级联型、并联型四种结构形式，都具有反馈回路。同时，IIR数字滤波器在设计上可以借助成熟的 模拟滤波器的成果，如巴特沃斯滤波器等。
语音信号的采集和播放 随着数字信号处理算法在DSP上的实现，基于DSP处理器的语音处理也得到了更广泛的应用。语音信号具有随机性强、应用广泛和实时性要求高等特点。DSP较其他类型处理器处理速度快、运算能力强的特点使它在语音处理方面的应用优势显著。语音信号的处理包括信号采集、处理、传输、存储和播放等一系列过程。其中，语音信号的采集、传输和播放属于语音信号的控制，满足一般的标准操作即可；而语音信号的处理和存储与应用类型有很大的联系，不同的应用要求的处理和存储算法也不一样。 语音信号的采集和播放是语音信号处理的基础，在基于DSP的语音处理系统中，DSP通过控制APD芯片采集和播放语音信号，再通过DSP实现各种语音处理算法。在TI各个系列DSP芯片中，16位的C54XX因其指令简单、接口连接方便而在语音处理系统中得到广泛应用。 1 实现目标 系统要求使用DSP和APD芯片实现语音信号的采集，然后将语音信号存储到DSP的RAM中，最后实现语音信号的播放。 2 硬件实现 2.1 解决思路 系统采用的主处理器是TMS320VC5402，利用芯片提供的多通道缓冲串口McBSP实现与APD芯片的连接。
系统采用的TLC320AD50的APD芯片采集和播放语音信号。AD50使用过采样技术提供APD和DPA的高分辨率低速信号转换。该器件包括两个串行的转换通道，在DPA之前有内插滤波器，APD 之后有抽取滤波器，由此可以降低AD50的本底噪声。在AD50正常工作以前，必须对它进行初始化。初始化的主要工作是配置AD50的四个控制寄存器CR1，CR2，CR3和CR4。控制寄存器的读写是通过二次通信来实现的。AD50启动二次通信有硬件和软件两种方式，硬件方式相对容易实现，DSP通过内部寄存器将XF引脚置高，进而控制与其连接的FC引脚到高，然后向McBSP串口写16位的控制字，低8位是AD50的控制寄存器初始化字，高8位选择要初始化的寄存器及操作。软件方式则是当AD50工作于15位模式时，将DSP输出到AD50的数据的D0位置1，即可进行二次通信。系统采用的是硬件实现的方式，在二次通信中，D0~D7为写入控制寄存器的数据或从寄存器读出的数据，D8~D12的内容决定选择哪个控制寄存器，D13决定是读操作还是写操作。D8~D13位确定的具体操作情况如表1所示。 表1 D8~D13位确定的具体操作情况
实验三音频信号的分析与处理1 一、实验目的 1.掌握音频信号的采集以及运用Matlab软件实现音频回放的方 法； 2.掌握运用Matlab实现对音频信号的时域、频谱分析方法； 3.掌握运用Matlab设计RC滤波系统的方法； 4.掌握运用Matlab实现对加干扰后的音频信号的进行滤波处理 的方法； 5.锻炼学生运用所学知识独立分析问题解决问题的能力，培养学 生创新能力。 二、实验性质 设计性实验 三、实验任务 1.音频信号的采集 音频信号的采集可以通过Windows自带的录音机也可以用专用的录制软件录制一段音频信号（尽量保证无噪音、干扰小），也可以直接复制一段音频信号，但必须保证音频信号保存为.wav的文件。 2.音频信号的时域、频域分析 运用Matlab软件实现对音频信号的打开操作、时域分析和频域分析，并画出相应的图形（要求图形有标题），并打印在实验报告中（注意：把打印好的图形剪裁下来，粘贴到实验报告纸上）。 3.引入干扰信号 在原有的音频信号上，叠加一个频率为100KHz的正弦波干扰信号（幅度自定，可根据音频信号的情况而定）。 4.滤波系统的设计 运用Matlab实现RC滤波系统，要求加入干扰的音频信号经过RC滤波系统后，能够滤除100KHz的干扰信号，同时保留原有的音频信号，要求绘制出RC滤波系统的冲激响应波形，并分析其频谱。
% 音频信号分析与处理 %% 打开和读取音频文件 clear all; % 清除工作区缓存 [y, Fs] = audioread('jyly.wav'); % 读取音频文件 VoiceWav = y(300000 : 400000, 1); % 截取音频中的一段波形 clear y; % 清除缓存 hAudio = audioplayer(VoiceWav, Fs); % 将音频文件载入audioplayer SampleRate = get(hAudio, 'SampleRate'); % 获取音频文件的采样率KHz T = 1/SampleRate; % 计算每个点的时间，即采样周期SampLen = size(VoiceWav,1); % 单声道采样长度 %% 绘制时域分析图 hFig1 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0 0.05 0.49 0.85]); t = T: T: (SampLen* T); subplot(2, 1, 1); % 绘制音频波形 plot(t, VoiceWav); % 绘制波形 title('音频时域波形图'); axis([0, 2.3, -0.5, 0.5]); xlabel('时间(s)'); ylabel('幅值(V)'); % 显示标题 %% 傅里叶变换 subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 myfft(VoiceWav, SampleRate, 'plot'); % 傅里叶变换 title('单声道频谱振幅'); % 显示标题 xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('|Y(f)|'); play(hAudio); % 播放添加噪声前的声音 pause(3); %% 引入100KHz的噪声干扰 t = (0: SampLen-1)* T; noise = sin(2 * pi * 10000 * t); % 噪声频率100Khz，幅值-1V到+1V hFig2 = figure('Units', 'normalized', 'Position', [0.5 0.05 0.5 0.85]); subplot(2, 1, 1); % 绘制波形 plot(t(1: 1000), noise(1: 1000)); title('100KHz噪声信号'); % 显示标题 noiseVoice = VoiceWav+ noise'; % 将噪声加到声音里面 hAudio = audioplayer(noiseVoice, Fs); % 将音频文件载入audioplayer subplot(2, 1, 2); % 绘制波形 [fftNoiseVoice, f] = myfft(noiseVoice, SampleRate, 'plot'); title('音乐和噪声频谱'); % 显示标题 play(hAudio); % 播放添加噪声后的声音 pause(3);
第三讲声音的采集与处理 教学目标： 1．了解常见声音文件的格式。 2．掌握制作声音文件的一般流程。 3．会用Sound Forge等录音软件录制声音。 4．掌握用Sound Forge编辑声音的基本方法，能熟练地对声音文件进行剪辑与合成。 5．掌握熔炼五音，用Sound Forge对声音进行特殊效果处理的方法。 重点： 录音及对声音进行基本编辑的方法。 难点：声音的剪辑、合成及特殊效果处理方法。 一、常用声音文件格式 常用的声音文件格式有：WAV格式、MIDI格式、MP3格式、CDA格式。 WAV格式：WAV格式是多媒体教学软件中常用的声音文件格式，它的兼容性非常好，但文件较大。WAV格式的声音属性，如采样频率、采样位数、声道数直接影响到WAV格式文件的大小。 MIDI格式：是电子乐器声音文件格式， MIDI文件本身只是一些数字信号，占用磁盘空间较小，常作为多媒体教学软件的背景音乐文件。 MP3格式：是一种经过压缩的文件格式，播放时需要专门的MP3播放器。占用磁盘空间较小。 CDA格式：CD唱片中的音乐文件常用CDA格式保存，一般为44kHz，16bits立体声音频质量。 二、声音文件的制作流程 我们在制作多媒体教学软件时，需要各种各样的声音文件，对声音的制作一般分为两个基本阶段：声音的获取阶段，声音的加工处理阶段。声音的获 取有三种方法来源：剥离视频中的声音，录音，使用已有的声音文件。 声音的处理流程是：首先打开声音文件，然后对声音进行基本剪辑，进一
第一节走进Sound Forge 三、走进Sound Forge 我们可以把Sound Forge视为熔炼声音的熔炉，它能够对音频文件（.wav 文件）、视频文件（.avi文件）中的声音进行各种处理，打造出我们需要 的声音效果。在制作多媒体教学软件时，你想对获得的原始声音素材进行灵 活的处理吗？那么走进Sound Forge，让我们来领略它神气强大的功能吧！ 好了，下面就让大家轻松亲身体验一下，为一多媒体教学软件制作声音。 首选来欣赏：我为一年级小学语文课文《一次比一次有进步》教学软件制作的声音文件。 下面就让我们用Sound Forge7.0一步步试着为课文录音、配音吧！要完成上面教学软件中的声音，要经过如下步骤： （一）录制声音 1．建立新的声音文件 选择“File”菜单下的“New”命令，新建一声音文件。在弹出的对话框中，设置新建声音文件的格式，即采样位数，声道数（立体声/单声道），采样频率，然后单击“OK”。 2．开始录音 2．1启动录音功能： 你可以用三种方法启动录音功能：按快捷键Ctrl+R； 单击工具栏上的录音按钮——红色圆点键； 选择菜单“Special”\“Transport”\下的“Record（录音）”命令； 2．2设置录音模式： 当你按下录音键后，会弹出一个录音设置对话框。你可以设置：录音模式（Mode），录音起始（start）、停止（End）时间位置。录音时的采 样率（samplerate）、采样位数（sample size）、立体声/单声道（stereo/mono） 的选择。 2．3开始录音：设置完毕后，单击录音设置对话框中的红色录音按钮，即 可用麦克风开始录音。 4．停止录音：按“End”停止按钮即可结束录音。 5．保存声音文件：选择菜单“File”下的“Save as”命令，保存文件。 这样一个自己录制的声音文件已经录制好了。（听听我录制的声音吧） 你想知道吗？（补充材料） （一）．声音文件的三个基本属性
摘要：科技的发展带来许多电磁干扰或射频干扰的恶劣环境，要想解决电磁干扰问题的，必须从本质上改变麦克风的工作模式。文章提出了利用激光的传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点，研制一种基于光相位干涉的高灵敏度声音采集系统。光纤声音采集能够传送非常高的声音质量，适用于多种恶劣环境下的声音采集。 关键词：光纤声音采集、干涉型光纤传感器 引言： 麦克风在声场和电场中起着重要的沟通界面，它可将声音信号传至任何地方或者记忆装置。传统型的使用电磁场或静电场来产生动作，外部的强电磁场影响会阻绝这些装置的功能。本项目研制的光纤声音采集系统是一种新颖的声音信号传感器，在反射式强度型光纤传感器的原理基础上，利用激光来采集声音信号，由于它与传统的麦克风有着本质的区别，所以在使用方面具有很大的优越性。系统由非导磁材料制成，其主要工作本体是光，即使在强电磁场或高射频环境中也能正常工作。把光纤应用于麦克风，充分利用了光纤传感器体积小、结构简单、灵敏度高、抗电磁干扰且光纤本身低损耗、耐腐蚀、安全可靠等优良特性。 1、系统结构 本系统利用干涉型光纤传感器的原理，开发基于光相位干涉的高灵敏度声音采集系统，由光纤传感探头、光路系统、光信号调制解调器等部分组成。 干涉型光纤传感器通常将被测量转化为光信号的相位，因此，相位测量是该类型传感器信号处理的基本要求。若直接对相位进行测量，那么有两个问题将限制系统的性能：一是系统受到环境的干扰时被测相位会产生随机漂移，从而引入测量误差，此外，相位漂移还会导致信号衰减；二是直接测相意味着直流检测，信号处理易受电路直流漂移的影响。针对这两个问题引出了相位生成载波技术。相位生成载波调制是在被测信号带宽以外的某一频带之外引入大幅度的相位调制，被测信号则位于调制信号的边带上，这样就把外界干扰的影响转化为对调制信号的影响，且把被测信号频带与低频干扰频带分开，以利于后续的噪声分离。 项目研制的光纤声音采集系统，在对传统michelson干涉仪加以改进的基础上，通过构造由光纤耦合器和振动膜组成的动态michelson干涉光路，能够将外界声压对振膜的作用转化为对光路相位的调制，得到的干涉光信号直接光电转换后即可解调还原声音信号。在多种干涉型光纤传感器的解调方法中，相位生成载波解调技术（pgc）由于是一种无源解调技术，并具有高灵敏度、大动态范围和好的线性度而得到广泛的应用。 2、系统原理 2.1光纤传感探头原理： 激光器发出的激光经耦合器到达传输光纤，由光纤出射的光束照射到振动膜上，传输光纤出射端面m1与振动膜构成一个干涉腔，从两表面反射回的光进行干涉，干涉光再经耦合器由光电探测器接收，外界声音信号通过改变干涉腔的光纤出射端面m1和振动膜之间的距离对光相位进行调制。系统中半导体激光器发出的光源光频随输入的调制电流线性变化，振动膜采用硅微技术进行研制。 2.2解调原理： 光纤声音采集系统中的调制解调器是由光源，光电转换器，高增益微弱信号放大电路，背景噪声消除器等组成。 光源向光纤传感头发射一稳定的激光，传感头内的振动薄膜被周围声音振动信号带动，从而对发射到振动薄膜上的激光进行相位调制后再反射回去，被调制的激光在光路系统里发生干涉，形成携带微弱声音强度的激光信号，光电转换系统的探测器将此激光信号转换成电信号，再经高增益微弱信号放大，pgc解调，噪声滤除，后将解调后的电信号还原成声音信号输出。
工程设计论文 题目：基于MATLAB的语音信号采集与处理 姓名： 班级： 学号：
指导老师： 一.选题背景 1、实践意义： 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在于方便有效地提取并表示语音信号所携带的信息。所以理解并掌握语音信号的时域和频域特性是非常重要的。 通过语音相互传递信息是人类最重要的基本功能之一.语言是人类特有的功能.声音是人类常用工具,是相互传递信息的最重要的手段.虽然,人可以通过多种手段获得外界信息,但最重要,最精细的信息源只有语言,图像和文字三种.与用声音传递信息相比,显然用视觉和文字相互传递信息,其效果要差得多.这是因为语音中除包含实际发音容的话言信息外,还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息.所以,语音是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息的形式.另一方面,
语言和语音与人的智力活动密切相关,与文化和社会的进步紧密相连,它具有最大的信息容量和最高的智能水平。 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科,处理的目的是用于得到某些参数以便高效传输或存储;或者是用于某种应用,如人工合成出语音,辨识出讲话者,识别出讲话容,进行语音增强等. 语音信号处理是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域,是一门涉及面很广的交叉学科.虽然从事达一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科.但是它与语音学,语言学,声学,认知科学,生理学,心理学及数理统计等许多学科也有非常密切的联系. 语音信号处理是许多信息领域应用的核心技术之一,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个.语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域,其研究涉及一系列前沿科研课题,巳处于迅速发展之中;其研究成果具有重要的学术及应用价值. 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理，借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展，受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数
语音信号的采集和频谱分析： [y,fs,bits]=wavread('voice'); %读取音频信息（双声道，16位，频率44100Hz）sound(y,fs,bits); %回放该音频 Y=fft(y,4096); %进行傅立叶变换 subplot(211); plot(y); title('声音信号的波形'); subplot(212) plot(abs(Y)); title('声音信号的频谱'); 窗函数设计低通滤波器： fp=1000; fc=1200; as=100; ap=1; fs=22000; wp=2*fp/fs; wc=2*fc/fs; N=ceil((as-7.95)/(14.36*(wc-wp)/2))+1; beta=0.1102*(as-8.7); window=Kaiser(N+1,beta); b=fir1(N,wc,window); freqz(b,1,512,fs); 结果： 滤波： [y,fs,bits]=wavread('voice'); d=filter(b,a,y); D=fft(d); subplot(211) plot(d); title('滤波后的声音波形') subplot(212) plot(abs(D)) title('滤波后的声音频谱') 回放： sound(d,fs,bits) 与滤波之前相比，噪音明显降低了许多。
过零率的计算要用下面的代码： zcr = zeros(size(y,1)1); delta= 0.02; for i=1:size(y,1) x=y(i,:); for j=1;length(x)-1 if x(j)*x(j+1)<0 &abs(x(j)-x(j+1))>delta zcr(i)=zcr(i)+1; end end end 其中设置了门限delta=0.02。这是个经验值，可以进行细微的调整。在此条件下可以得到如图所示的过零率波形。与过零率曲线画在一起的是原始的语音信号波形，可以看到，语音信号音母部分的幅度比较低，但是其过零率的数值却很高，峰值将近50，而后面的韵母部分过零率则比较低，在20左右。 加矩形窗的短时能量函数： a=wavread('F:\WO.wav'); subplot(6,1,1),plot(a); N=32; for i=2:6 h=linspace(1,1, (i-1)*N);%形成一个矩形窗，长度为N En=conv(h,a.*a);%求卷积得其短时能量函数En subplot(6,1,i),plot(En); if(i==2) legend('N=32'); elseif(i==3) legend('N=64'); elseif(i==4) legend('N=128'); elseif(i==5) legend('N=256'); elseif(i==6) legend('N=512'); end end 加hamming窗的短时能量函数： 把h=linspace(1,1, (i-1)*N); 改为h1=hamming((i-1)*N); 加矩形窗的短时平均幅度： a=wavread('F:\WO.wav'); subplot(6,1,1),plot(a); N=32; for i=2:6 h=linspace(1,1,(i-1)*N);%形成一个矩形窗，长度为N En=conv(h,abs(a));%求卷积得其短时能量函数En subplot(6,1,i),plot(En); if(i==2) legend('N=32'); elseif(i==3) legend('N=64');