《信号与系统》课程设计——语音信号的分析和处
【设计目标】尝试对语音信号进行时频域分析和处理的基本方法【设计工具】MATLAB
【设计原理】
通过MATLAB的函数wavread()可以读入一个.wav格式的音频文件，并将该文件保存
到指定的数组中。例如下面的语句（更详细的命令介绍可以自己查阅MATLAB的帮助）中，
将.wav读入后存放到矩阵y中。
y = wavread('SpecialEnglish.wav');
对于单声道的音频文件，y只有一行，即一个向量；对于双声道的音频文件，y有两行，分
别对应了两个声道的向量。我们这里仅对一个声道的音频进行分析和处理即可。注意：.wav
文件的采样频率为44.1KHz，采样后的量化精度是16位，不过我们不用关心其量化精度，
因为在MATLAB读入后，已将其转换成double型的浮点数表示。
在获得了对应音频文件的数组后，我们可以对其进行一些基本的分析和处理。可以包括：1、对语音信号进行频域分析，找到语音信号的主要频谱成分所在的带宽，验证为何电话可
以对语音信号采用8KHz的采样速率。
2、分析男声和女声的差别。我们知道男声和女声在频域上是有些差别的，一般大家都会认
为女声有更多高频的成分，验证这种差别。同时，提出一种方法，能够对一段音频信号
是男声信号、还是女声信号进行自动的判断。
3、.wav文件的采样速率为44.1KHz，仍然远远高于我们通常说的语音信号需要的频谱宽
度，例如在电话对语音信号的采样中，我们仅仅使用8KHz的采样速率。对读入的音频
数据进行不同速率的降采样，使用wavplay()命令播放降采样后的序列，验证是否会对信号的质量产生影响。降采样的方法很简单，例如命令y = wavread('SpecialEnglish.wav');将语音文件读入后保存在向量y中，这时对应的采样频率为44.1KHz。使用y1 = y(1:2:length(y))命令，就可以将原序列y每隔1个采样后放入序列y1中，这时y1序列对应的采样频率即为22KHz。
4、比较不同音阶的频域差别，同时比较不同乐器音频信号的频域差别。
5、双径模型是无线通信中最简单的一种模型。发送方天线发出的信号，除了可以直接抵达
接收天线，还可能通过建筑物等反射到达接收天线，这时接收到的信号就变成了两路信号的叠加，如图示意，两路信号显然会出现时间差。
以下是语音信号经过双径信道模型的MATLAB代码，接收信号为z。
y = wavread('Q2.wav'); Fs = 44.1e+3; wavplay(y,Fs);
delta_t = 1; % unit: s
number_t = round(delta_t*Fs); % 对应了需要延迟多少个采样点
power_ratio = 0.8; % 对应快通道的功率比值
z = sqrt(power_ratio)*y + sqrt(1-power_ratio)*[zeros(number_t,1); y(1:length(y)-number_t)]; % 接收到的信号
wavplay(z,Fs);
想一种方法对接收信号z进行处理，还原初始信号y，并通过播放进行对比。
以下对提供的语音信号进行说明：
SpecialEnglish.mp3：原始的语音信号，.mp3格式
Q2.wav：男声信号
分析及结论：
（1），
要验证为何电话可以对语音信号采用8KHz的采样速率，可以推测傅里叶分析得到频谱图主要频谱分布应该在4KHz以内。用wavread函数读入语音信号，用fft函数进行频域分析。
代码如下
y=wavread('C:\Users\Administrator\Desktop\Q2.wav');% 读入信号
Fs=44100;%采样频率
L=length(y);
NFFT = 2^nextpow2(L);
Y = 1/L*fft(y,NFFT);%傅里叶变换
f = Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);
plot(f,2*pi*abs(Y(1:NFFT/2+1)))
title('Single-Sided Amplitude Spectrum of y')
xlabel('Frequency (Hz)')
ylabel('|Y(f)|')
分析结果如图：
对另一信号用相同方法分析得到
结论：由图可知，语音信号主要频谱成分所在的带宽在[0,4KHz],因此用8KHz 的采样频率采样完全能够采集到所需的信号，故电话可以用8KHz的频率采样。
（2），
分析：一般认为女生声音会有更多的高频成分而男生声音会有较多的低频成
分，可分析男生女生信号观察其频谱图；对于判断男女生声音，搜索资料发现男声声音大至在60—550Hz，女声声音大至在150—1200Hz。
男女生频谱差别：
观察知男女声音信号在幅度值相对较高的频率值上男生的频率较低女声频率较高，多次分析验证知此结果较正确，可以利用这一点粗略判断，即实现一般情况下男女声的自动判断。找到幅度最大点的频率值，将界限值设定在150Hz，编写
程序实现自动判断。
MATLAB代码：
y=wavread(' C:\Users\Administrator\Desktop\Q2.wav '); L=length(y);
Y = 1/L*fft(y,L);
Fs=44100;
f1 = Fs*linspace(0,1,L/2+1);
plot(f1,2*pi*abs(Y(1:L/2+1)));
[a,b]=max(2*pi*abs(Y))
f=b/L*Fs
if f<150
title('判断结果：男生声音f ')
else
title('判断结果：女生声音f')
end
xlabel('Frequency (Hz)')
ylabel('|Y(f)|')
结果：
经验证，此方法正确率较高，实现了男女声音的自动正确判断。
（3）分析：
因为wavread函数默认读入的信号默认采样频率为44100Hz，若要得到频率较低的信号可对信号进行降采样，利用此命令y1 = y(1:2:length(y))可将采样信号变为原来的二分之一。故对信号进行不同倍率的降采样听音分析差别并画出频谱图。代码如下：
y=wavread('C:\Users\Administrator\Desktop\Q2.wav');
x=[1 5.5 6 8 ];
for i=1:4
y1=y(1:x(1,i):length(y));
fs=44100/x(1,i)
wavplay(y1,fs);
L=length(y1);
NFFT = 2^nextpow2(L);
Y = 1/L*fft(y1,NFFT);
f = Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2+1);
figure(i); plot(f,2*abs(Y(1:NFFT/2+1)))
title(['采样频率Fs=',num2str(fs),'Hz']); end
频谱图：
结论：由图可知信号经过8KHz采样后已有信号损失，在采样频率小于8KHz信号亦有损失；听不同频率的声音频率为8KHz左右的信号声音和原声音无明显差别，当信号为6KHz或是5KHz时声音已有明显鼻音，失真较明显。
（4）分析
上网下载各音阶资料，得到各音阶音频，同时利用前述基础傅里叶分析方法得到各音阶频谱图。
实验结果：可以得到8个音阶的频谱图如下：
实验结论：fmax指该音阶中的最大频率。可以看出随着音阶升高，频率也在增大，且do高的频率大约为do慢频率的一倍。同时因为各种因素影响可能导致结果和理论值有差异。
（5），分析：
语音信号经过双径信道模型处理后，可以明显分辨出具有回音。如题目所述：想一种方法对接收信号z进行处理，还原初始信号y，并通过播放进行对比。因为题目只给音频信号z，又知道回声信号是经过双径信道处理后的所以可以设信号: z[n]=x[n]+αx[n-n0];其中n0是信号延迟时间所对应的采样频率点，α是延迟信号与原信号的比值。利用MATLAB的filter函数可以对此差分方程：x[n]+αx[n-n0]= z[n] 求解，其中z[n]是已知的；但还需知道两个参数即：α，
n0。可用自相关函数求出这两个参数。
具体过程及MATLAB代码如下：
1，产生回声信号，并播放与原声信号对比
y = wavread('Q2.wav'); Fs = 44.1e+3; wavplay(y,Fs);
delta_t = 1; % unit: s，对应延长时间
number_t = round(delta_t*Fs);
power_ratio = 0.8;
z = sqrt(power_ratio)*y + sqrt(1-power_ratio)*[zeros(number_t,1);
y(1:length(y)-number_t)];
wavplay(z,Fs);
2，利用自相关函数求出延长时间t，及系数α
h=xcorr(z); %自相关函数
figure(2);plot(z);
title('回声信号');
c =length(z)
x=[1:1:c];
figure(1);plot(x,abs(h(1:c)));title('自相关函数');
从自相关函数途中可明显看出两个极大值，因此可利用两极值点的距离来求出延迟时间。
h1=h(1:500000);
h2=h(500000:c);
figure(3);plot(abs(h1));title('极值点1');
figure(4);plot([500000:1:c],abs(h2));title('极值点2');
[e,f]=max(h1);
[q,p]=max(h2);
t0=abs(p-f)/Fs ; %算得延时时间
α=e/q; % 系数
得t0=1 ，α=0.3894.
3，恢复原始信号，并进行播放对比
n0=Fs*t0;
α=e/q；
a(1)=1;
a(n0)=α;
b=1;
w1=filter(b,a,z); %恢复的信号
wavplay(w1,Fs);
上图是恢复的信号与原始信号频谱图，观察可知并无明显差别。
播放w1经过听音对比后已和回声信号z有较大差别，并且回声已不明显。但经检验对比知原设定延长时间与计算结果一致.
原系数α0= sqrt(1-power_ratio)/ sqrt(power_ratio)=0.500 与算得结果有差异。若将α0带入会有更好结果，希望可以找到一种更好的方法。
【实验总结及心得体会】：
通过这次课程设计，使我对《信号与系统》这门课程有了更深入的了解。特别是通过MATLAB对信号进行频谱分析，了解了很多有关MATLAB 函数的知识，比如fft，filter，wavread，wavplay。课程设计开始时感觉是比较难的比如上述函数从没遇到过，对一些基本M文件不熟悉其用法，不熟悉其参数含义。经查询资料才可慢慢看懂并应用，在同学们的共同努力下，在老师的指导下我们还是很快做完了这次的课程设计，并从中获益良多。
这次课程设计的题目非常有趣，对于人们的声音信号我们已经非常熟悉，但利用这门课程深入分析声音信号的本质我们却很陌生，因此我本人很喜欢这个题目。度过一开始的两眼一抹黑阶段我们对这些题目也是越来越游刃有余，其中判断男女声信号最是有趣而消除回声信号最是麻烦，而且其中的系数α和原来的理论值也有一些差异，导致恢复后的信号不能令人非常满意。通过对不同音阶不同乐器发出的声音进行频谱分析，了解了他们的主要发声频段及他们之间的不同，明白了不同乐器的搭配才能奏出不同频率混叠的好听音乐。
电子科技大学二零零九至二零一零学年第 二 学期期 末 考试 数字逻辑设计及应用 课程考试题 A 卷（120分钟）考试形式：闭卷 考试日期2010年7月12日 课程成绩构成：平时 20 分， 期中 20 分， 实验 0 分， 期末 60 分 一、To fill your answers in the blanks （1’×25） 1. If [X]10= - 110, then [X]two's-complement =[ 10010010 ]2, [X]one's-complement =[ 10010001 ]2. (Assumed the number system is 8-bit long) 2. Performing the following number system conversions: A. [10101100]2=[ 000111010010 ]2421 B. [1625]10=[ 0100100101011000 ]excess-3 C. [ 1010011 ]GRAY =[ 10011000 ]8421BCD 3. If ∑=C B A F ,,)6,3,2,1(, then F D ∑=C B A ,,( 1，4，5，6 )=C B A ,,∏(0，2，3，7 ). 4. If the parameters of 74LS-series are defined as follows: V OL max = 0.5 V , V OH min = 2.7 V , V IL max = 0.8 V , V IH min = 2.0 V , then the low-state DC noise margin is 0.3V ,the high-state DC noise margin is 0.7V . 5. Assigning 0 to Low and 1 to High is called positive logic. A CMOS XOR gate in positive logic is called XNOR gate in negative logic. 6. A sequential circuit whose output depends on the state alone is called a Moore machine. 7. To design a "001010" serial sequence generator by shift registers, the shift register should need 4 bit as least. 8. If we use the simplest state assignment method for 130 sates, then we need at least
应用Matlab对含噪声的语音信号进行频谱分析及滤波 一、实验内容 录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；在语音信号中增加正弦噪声信号(自己设置几个频率的正弦信号)，对加入噪声信号后的语音信号进行频谱分析；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计数字滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比试听，分析信号的变化。 二、实现步骤 1．语音信号的采集 利用Windows下的录音机，录制一段自己的话音，时间在1 s内。然后在Matlab软件平台下，利用函数wavread对语音信号进行采样，（可用默认的采样频率或者自己设定采样频率）。 2．语音信号的频谱分析 要求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，得到信号的频谱特性。 在采集得到的语音信号中加入正弦噪声信号，然后对加入噪声信号后的语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。并利用sound试听前后语音信号的不同。
分别设计IIR和FIR滤波器，对加入噪声信号的语音信号进行去噪，画出并分析去噪后的语音信号的频谱，并进行前后试听对比。 3.数字滤波器设计 给出数字低通滤波器性能指标:如，通带截止频率fp＝10000 Hz，阻带截止频率fs＝12000 Hz（可根据自己所加入噪声信号的频率进行阻带截止频率设置），阻带最小衰减Rs＝50 dB，通带最大衰减Rp＝3 dB（也可自己设置），采样频率根据自己语音信号采样频率设定。
报告内容 一、实验原理 含噪声语音信号通过低通滤波器，高频的噪声信号会被过滤掉，得到清晰的无噪声语音信号。 二、实验内容 录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图；在语音信号中增加正弦噪声信号(自己设置几个频率的正弦信号)，对加入噪声信号后的语音信号进行频谱分析；给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换设计数字滤波器，并画出滤波器的频率响应；然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比试听，分析信号的变化。给出数字低通滤波器性能指标:如，通带截止频率fp＝10000 Hz，阻带截止频率fs＝12000 Hz （可根据自己所加入噪声信号的频率进行阻带截止频率设置），阻带最小衰减Rs＝50 dB，通带最大衰减Rp＝3 dB（也可自己设置），采样频率根据自己语音信号采样频率设定。 三、实验程序 1、原始信号采集和分析 clc;clear;close all; fs=10000; %语音信号采样频率为10000 x1=wavread('C:\Users\acer\Desktop\voice.wav'); %读取语音信号的数据，赋给x1 sound(x1,40000); %播放语音信号 y1=fft(x1,10240); %对信号做1024点FFT变换 f=fs*(0:1999)/1024; figure(1); plot(x1) %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'); figure(2); plot(f,abs(y1(1:2000))); %做原始语音信号的频谱图形 title('原始语音信号频谱') xlabel('Hz'); ylabel('fuzhi');
课程设计报告 课程名称信号与系统课程设计指导教师 设计起止日期 学院信息与通信工程 专业电子信息工程 学生 班级/学号 成绩 指导老师签字
目录 1、课程设计目的 (1) 2、课程设计要求 (1) 3、课程设计任务 (1) 4、课程设计容 (1) 5、总结 (11) 参考文献 (12) 附录 (12)
1、课程设计目的 “信号与系统”是一门重要的专业基础课，MATLAB作为信号处理强有力的计算和分析工具是电子信息工程技术人员常用的重要工具之一。本课程设计基于MATLAB完成信号与系统综合设计实验，以提高学生的综合应用知识能力为目标，是“信号与系统”课程在实践教学环节上的必要补充。通过课设综合设计实验，激发学生理论课程学习兴趣，提高分析问题和解决问题的能力。 2、课程设计要求 （1）运用MATLAB编程得到简单信号、简单信号运算、复杂信号的频域响应图； （2）通过对线性时不变系统的输入、输出信号的时域和频域的分析，了解线性时不变系统的特性，同时加深对信号频谱的理解。 3、课程设计任务 （1）根据设计题目的要求，熟悉相关容的理论基础，理清程序设计的措施和步骤； （2）根据设计题目的要求，提出各目标的实施思路、方法和步骤； （3）根据相关步骤完成MATLAB程序设计，所编程序应能完整实现设计题目的要求； （4）调试程序，分析相关理论； （5）编写设计报告。 4、课程设计容 （一）基本部分 （1）信号的时频分析 任意给定单频周期信号的振幅、频率和初相，要求准确计算出其幅度谱，并准确画出时域和频域波形，正确显示时间和频率。 设计思路： 首先给出横坐标，即时间，根据设定的信号的振幅、频率和初相，写出时域波形的表达式；然后对时域波形信号进行傅里叶变化，得到频域波形；最后使用plot函数绘制各个响应图。 源程序： clc; clear; close all; Fs =128; % 采样频率 T = 1/Fs; % 采样周期 N = 600; % 采样点数 t = (0:N-1)*T; % 时间，单位：S x=2*cos(5*2*pi*t);
1 画出BJT管输出特性曲线，简述各个区域的特点及偏置条件 截止区：ic几乎为0，电路不工作。发射结电压小于开启电压；集电结反偏； 放大区：ic=βib，ic几乎只与ib有关，与uCE无关，表现出ib对ic的控制作用。 发射结电压大于开启电压；集电结反偏。 饱和区：ic不仅与ib有关，还随uCE增大而明显增大，ic＜βib。 发射结和集电结正偏。 BJT输出特性曲线表现的是IB为常数时ic与管压降UCE的关系。 2为什么BJT称为双极性晶体管，而FET称为单极晶体管，他们各自是哪种控制型器件。BJT管工作时两种载流子都参与导电；FET管仅有多数载流子参与导电；BJT管是电流控制器件；FET管是电压控制器件。 3 BJT管输出电压产生截止失真（饱和失真）的原因是什么，如何减小。 产生失真的原因是静态工作点Q设置不合理或者外加信号过大。 输出电压产生截止失真的原因是Q点过低，负半周期时IB过小导致BJT管进入截止区；适当减小RB以增大IB即可； 输出电压产生饱和失真的原因是Q点过高，正半周期时IC饱和导致BJT管进入饱和区；适当增大RB以减小IB即可 Q点位置适中的时候如果外加输入信号过大，产生双向失真。通过输入端接分压电路或者适当增大直流偏置电压。 4 直流电源在放大电路的作用是什么 ①为晶体管正常工作提供偏置电压； ②为电路提供能源 5 为什么要稳定静态工作点，有哪些方法 静态工作点不但决定电路是否会产生失真，还会影响到电压放大倍数、输入电阻等动态参数。
引入直流负反馈或者使用温度补偿（靠温度敏感器件直接对IB产生影响）。 6 BJT管稳定静态工作点电路引入了哪种反馈，简述稳Q过程。 见6 7 有哪些耦合方式，各有什么特点？ 直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。 直接耦合：可放大直流信号、低频特性好、利于集成；静态工作点相互影响，存在零点漂移现象。 阻容耦合：各级静态工作点相互独立；只能放大交流信号、低频特性差、耦合过程有损耗，不利于集成。 变压器耦合：同阻容耦合，可实现阻抗变换。 光电耦合：实现电气隔离，抑制电干扰。 8 什么是零点漂移，为什么差分放大电路可以抑制零点漂移。 零点漂移：输入信号为零时，由于温度变化、电源电压不稳、元件参数变值等因素（其中最重要的是温度因素）造成静态工作点产生微小变化，经逐级放大和传输后使得输出端电压偏离原固定值上下漂移的现象。 （直接耦合时第一级的微小变化会导致输出级的较大变化） 差分放大电路主要是抑制温度变化造成的零点漂移现象。 差分放大电路左右结构对称，有温度变化引起的参数变化是共模信号，对左右电路的影响是相同的，可互相抵消；输入的有效信号是差模信号，通过该电路可得到有效放大。 9 分析长尾式差分放大电路发射极电阻对差模和共模信号的不同作用 输入共模信号时，△IC↑→iB1↑→iC1(IE1)→uE1↑→uE↑→uBE↓→iB1↓（2同1） 通过负反馈作用使得Re上的电压产生和输入信号电压相同方向上的变化从而促使基极电流下降，抑制共模信号的放大； 输入差模信号时，差模信号变化时，左右电路对uE的影响刚好相反，故uE不发生变化，
………密………封………线………以………内………答………题………无………效…… 电子科技大学二零零七至二零零八学年第二学期期中考试 “数字逻辑设计及应用”课程考试题 期中卷（120分钟）考试形式：闭卷 考试日期 2008年4月26日 课程成绩构成：平时 20 分， 期中 20 分， 实验 0 分， 期末60 分 1-1．与十进制数 (0. 4375 )10 等值的二进制数表达是 ( A ) A. ( 0.0111 ) 2 B. ( 0.1001 ) 2 C. ( 0.0101 ) 2 D. ( 0.01101 ) 2 1-2． 与十六进制数（FD ．A ）16等值的八进制数是( A )8 A. ( 375.5 )8 B. ( 375.6 )8 C. ( 275.5 )8 D. ( 365.5)8 1-3．与二进制数(11010011) 2 对应的格雷码表达是 ( C ) Gray A. ( 11111010 ) Gray B. (00111010 ) Gray C. ( 10111010 )Gray D. (11111011 ) Gray 1-4．下列数字中与(34.42)8 相同 的是（ B ） A.（011010.100101）2 B.（1 C.88）16 C.（27.56）10 D.（54.28）5 1-5．已知[A]补=（10010011），下列表达式中正确的是（ C ） A. [–A]反=（01101100） B. [A]反=（10010100） C. [-A]原=（01101101） D. [A]原=（00010011） 1-6．一个十六路数据选择器，其选择控制输入端的数量为（ A ） A ．4个 B. 6个 C. 8个 D. 3个 1-7．四个逻辑相邻的最小项合并，可以消去（ B ）个因子。 A. （ 1 ） B. （ 2 ） C. （ 3 ） D.（ 4 ） 1-8．设A 补=（1001），B 补=（1110），C 补=（0010），在下列4种补码符号数的运算中，最不可能产生溢出的是 （ D ） A. [A-C]补 B. [B-C]补 C. [A+B]补 D. [B+C]补 1-9．能够实现“线与”的CMOS 门电路叫（ D ） A. （ 与门 ） B. （ 或门 ） C. （集电极开路门） D. （漏极开路门） 1-10．CMOS 三输入或非门的实现需要（ C ）个晶体管。 A. （ 2 ） B. （ 4 ） C. （ 6 ） D. （ 8 ） 1-11．三态门的三个输出状态分别为：逻辑“1”、逻辑“0”和（ C ） A. （短路） B. （ 5V ） C. （高阻） D. （ 0.3V ） 1-12．与()x y xz ''+等价的逻辑关系为（ D ） A. XYZ B. XY ’+XZ ’ C. XY ’+X ’Z ’ D. XY ’Z
数字信号处理实验二：语音信号分析与处理 学号 姓名 注：1）此次实验作为《数字信号处理》课程实验成绩的重要依据，请同学们认真、独立完成，不得抄袭。 2）请在授课教师规定的时间内完成； 3）完成作业后，请以word 格式保存，文件名为：学号+姓名 4）请通读全文，依据第2及第3 两部分内容，认真填写第4部分所需的实验数据，并给出程序内容。 1. 实验目的 (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MATLAB 设计FIR 和IIR 滤波器的方法及应用 (4) 学会用MATLAB 对语音信号的分析与处理方法 2. 实验内容 录制一段自己的语音信号，对录制的语音信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图，确定语音信号的频带范围；使用MATLAB 产生白噪声信号模拟语音信号在处理过程中的加性噪声并与语音信号进行叠加，画出受污染语音信号的时域波形和频谱图；采用双线性法设计出IIR 滤波器和窗函数法设计出FIR 滤波器，画出滤波器的频响特性图；用自己设计的这两种滤波器分别对受污染的语音信号进行滤波，画出滤波后语音信号的时域波形和频谱图；对滤波前后的语音信号进行时域波形和频谱图的对比，分析信号的变化；回放语音信号，感觉与原始语音的不同。 3. 实验步骤 1）语音信号的采集与回放 利用windows 下的录音机或其他软件录制一段自己的语音（规定：语音内容为自己的名字，以wav 格式保存，如wql.wav ），时间控制在2秒之内，利用MATLAB 提供的函数wavread 对语音信号进行采样，提供sound 函数对语音信号进行回放。 [y,fs,nbits]=wavread(file), 采样值放在向量y 中，fs 表示采样频率nbits 表示采样位数。Wavread 的更多用法请使用help 命令自行查询。 2）语音信号的频谱分析 利用fft 函数对信号进行频谱分析 3）受白噪声干扰的语音信号的产生与频谱分析 ①白噪声的产生： N1=sqrt （方差值）×randn(语音数据长度，2)（其中2表示2列，是由于双声道的原因） 然后根据语音信号的频谱范围让白噪声信号通过一个带通滤波器得到一个带限的白噪声信号 N2； 带通滤波器的冲激响应为： h B （n ）= ))((sin ))((sin 1122απ ωπωαπωπω---n c n c c c c c
《数字信号处理》课程设计报告 设计题目： IIR滤波器的设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2010年月日
1、设计目的 1、掌握IIR 滤波器的参数选择及设计方法； 2、掌握IIR 滤波器的应用方法及应用效果； 3、提高Matlab 下的程序设计能力及综合应用能力。 4、了解语音信号的特点。 2、设计任务 1、学习并掌握课程设计实验平台的使用，了解实验平台的程序设计方法； 2、录制并观察一段语音信号的波形及频谱，确定滤波器的技术指标； 3、根据指标设计一个IIR 滤波器，得到该滤波器的系统响应和差分方程，并根据差分方程将所设计的滤波器应用于实验平台，编写相关的Matlab 程序； 4、使用实验平台处理语音信号，记录结果并进行分析。 3、设计内容 3.1设计步骤 1、学习使用实验平台，参见附录1。 2、使用录音机录制一段语音，保存为wav 格式，录音参数为：采样频率8000Hz、16bit、单声道、PCM 编码，如图1 所示。 图1 录音格式设置 在实验平台上打开此录音文件，观察并记录其波形及频谱（可以选择一段较为稳定的语音波形进行记录）。 3、根据信号的频谱确定滤波器的参数：通带截止频率Fp、通带衰减Rp、阻带截止频率Fs、阻带衰减Rs。 4、根据技术指标使用matlab 设计IIR 滤波器，得到系统函数及差分方程，并记录得到系统函数及差分方程，并记录其幅频响应图形和相频响应图形。要求设计 第 1页出的滤波器的阶数小于7，如果不能达到要求，需要调整技术指标。 5、记录滤波器的幅频响应和系统函数。在matlab 中，系统函数的表示公式为：
因此，必须记录系数向量a 和b。系数向量a 和b 的可以在Matlab 的工作空间（WorkSpace）中查看。 6、根据滤波器的系统函数推导出滤波器的差分方程。 7、将设计的滤波器应用到实验平台上。根据设计的滤波器的差分方程在实验平台下编写信号处理程序。根据运行结果记录处理前后的幅频响应的变化情况，并试听处理前后声音的变化，将结果记录，写入设计报告。 3.2实验程序 （1）Rs=40; Fs=1400; Rp=0.7; Fp=450; fs=8000; Wp=2*pi*Fp;Ws=2*pi*Fs; [N,Wn]=buttord(Wp,Ws,Rp,Rs,'s'); [b1,a1]=butter(N,Wn,'s'); [b,a]=bilinear(b1,a1,fs); [H,W]=freqz(b,a); figure; subplot(2,1,1);plot(W*fs/(2*pi),abs(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('频率');ylabel('幅值');、 subplot(2,1,2); plot(W,angle(H));grid on;title('频率响应'); xlabel('相位(rad)');ylabel('相频特性'); 3.3实验结果（如图）： N =5 Wn=6.2987e+003 第 2页
抽样定理的应用 摘要 抽样定理表示为若频带宽度有限的，要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。抽样频率小于2倍频谱最高频率时，信号的频谱有混叠。抽样频率大于2倍频谱最高频率时，信号的频谱无混叠。 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学科，是目前发展最为迅速的学科之一，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手段，所以对其的研究更显得尤为重要。 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成离散的数据文件，然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境！ 本设计要求通过利用matlab对模拟信号和语音信号进行抽样，通过傅里叶变换转换到频域，观察波形并进行分析。 关键词：抽样Matlab
目录 一、设计目的： (2) 二、设计原理： (2) 1、抽样定理 (2) 2、MATLAB简介 (2) 3、语音信号 (3) 4、Stem函数绘图 (3) 三、设计内容： (4) 1、已知g1(t)=cos(6πt),g2(t)=cos(14πt),g3(t)=cos(26πt),以抽样频率 fsam=10Hz对上述三个信号进行抽样。在同一张图上画出g1(t)，g2(t)，g3(t)及其抽样点,对所得结果进行讨论。 (4) 2、选取三段不同的语音信号，并选取适合的同一抽样频率对其进 行抽样，画出抽样前后的图形，并进行比较，播放抽样前后的语音。 (6) 3、选取合适的点数，对抽样后的三段语音信号分别做DFT，画图 并比较。 (10) 四、总结 (12) 五、参考文献 (13)
一、 填空题 1、图1-1所示电路，ab 两端戴维南等效电路的内阻R ab 为_______ 2、图1-2所示电路，ab 端等效电容C ab =__ ___ 3、如图1-3所示电路，电流i = 4、如图1-4所示电路，电容两端电压的零状态响应为___ __阻尼情况？ 5、如图1-5所示不含源的线性二端网络N 0，已知其端口电压u (t )和电流i (t )分别为 求N 0网络的等效阻抗Z =_____ 6、如图1-6所示电路，当2/rad s ω=时正弦稳态单口的功率因数提高到1，其电容 C =_____ 7、如图1-7所示正弦稳态双口，具有_____通滤波特性？ 2Ω 图 1-3 图 1-6 图 1-7 图 1-1 ab + ()u t - 图 1-5 图 1-2 C ab 1F + – 2Ω 1H 图 1-4 u S (t)
8、如图1-8所示电路，求4Ω电阻上平均功率_______ 9、如图1-9所示电路，谐振角频率_______ 10、如图1-10所示电路a 、b 端的等效电感L ab =_______ 二、 列写图示电路的结点方程，并求结点电压u 1、u 2、u 3 ？ 三、 如图3所示电路，t <0处于稳定状态，在t = 0时刻开关闭合，求t ≥0时电容两端电压() c u t 及()i t ？ V t 4V 图 1-8 100mH 10Ω u S (t ) + _ 0.1uF 图 1-9 图 3 1A 1A 2A 图 2 b 图 1-10 ab
四、 如图4示电路，试求R L 为何值，负载R L 获得最大功率？且最大功率P Lmax 是多少？ 五、 如图5所示正弦稳态电路，求（1）图示电流i (t )? （2） 电压源发出平均功率？ 六、 如图6 所示正弦稳态电路，已知()V S u t t t =+， 1、试求ab 端口的最大传输功率？ 2、为使得1Ω的负载电阻R L 上获得最大传输功率，可在 ab 端口和负载之间加如图（b ）所示匹配网络，试求匹配网络中L 和C 的大小？ 图 4 L + _ 1:2 18V 图 6 含源端口 R L =1Ω 匹配网络 2t 图 5
作业 1：FM 对讲机中接收机的设计 系统参数：射频频率： 433MHz
信号带宽：15KHz （频偏 7.5KHz ，音频带宽 3.4KHz ） 调制方式：FM 要求：1. 给出一个可实现的系统结构 2. 设计系统各级的主要参数（如滤波器、振荡器等） 3. 画出各级的频谱结构
答案： 1. 二次变频超外差式接收机系统：
f0 433MHz B 20MHz
f IF1
49.5MHz
f0 49.5MHz B 100KHz
fIF2 450KHz
f0 450KHz B 15KHz
fLO1 383.5MHz 或 482.5MHz
fLO2 48.05MHz 或 49.95MHz
2.
15KHz
433
f (MHz)
334 383.5 433 482.5 532 f (MHz)
47.5 48.05 49.5 49.95 50.4 f (MHz)
450
f (KHz)
1．根据下图所示的数字基带接收机电路和 A 点给定的信号频谱， 画出图中 B、C、D、E、F 点的信号频谱。
cos0t
e j0t
e 2
j0t
A
sin 0t
e
j0t
e 2j
j0t
cosot
LPF
LPF
-sinot
zBI(t)
zBI(n)
B
C zBQ(t)
A/D
D
DSP
E
A/D
zBQ(n)
fs=2.5Bs
zB(n)= zBI(n) +j zBQ(n)
F
A点信号频谱：
X(f)
1
Bs
0.5
f0 Bs f0
0
f0 f0 Bs f (Hz)
答案：
B点信号频谱： 经LPF滤除
2 f0
ZBI ( f ) 1 0.5
Bs 0 Bs
经LPF滤除
2 f0 f (Hz)
C点信号频谱：
j ZBQ ( f ) 1
0.5
Bs
0 Bs
f (Hz)
摘要 (2) 1 设计目的与要求 (3) 2 设计步骤 (4) 3 设计原理及内容 (5) 3.1 理论依据 (5) 3.2 信号采集 (6) 3.3 构造受干扰信号并对其FFT频谱分析 (8) 3.4 数字滤波器设计 (9) 3.5 信号处理 (10) 总结 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14)
用MATLAB对语音信号进行分析与处理，采集语音信号后，在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。 数字滤波器是数字信号处理的基础，用来对信号进行过滤、检测和参数估计等处理。IIR数字滤波器最大的优点是给定一组指标时，它的阶数要比相同组的FIR滤波器的低的多。信号处理中和频谱分析最为密切的理论基础是傅立叶变换（FT）。离散傅立叶变换（DFT）和数字滤波是数字信号处理的最基本内容。 关键词：MATLAB;语音信号；加入噪声；滤波器；滤波
1. 设计目的与要求 （1）待处理的语音信号是一个在20Hz~20kHz频段的低频信号 （2）要求MATLAB对语音信号进行分析和处理，采集语音信号后，在MATLAB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，设计合适的滤波器进行滤除噪声，恢复原信号。
2. 设计步骤 （1）选择一个语音信号或者自己录制一段语音文件作为分析对象； （2）对语音信号进行采样，并对语音信号进行FFT频谱分析，画出信号的时域波形图和频谱图； （3）利用MATLAB自带的随机函数产生噪声加入到语音信号中，对语音信号进行回放，对其进行FFT频谱分析； （4）设计合适滤波器，对带有噪声的语音信号进行滤波，画出滤波前后的时域波形图和频谱图，比较加噪前后的语音信号，分析发生的变化； （5）对语音信号进行回放，感觉声音变化。
课程设计报告 课程名称数字信号处理 课题名称数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用 专业通信工程 班级1281 学号201213120101 姓名杨俊 指导教师彭祯韩宁 2014年12月5日
湖南工程学院 课程设计任务书 课程名称数字信号处理 课题数字滤波器设计 及在语音信号分析中的应用专业班级通信工程1281班 学生姓名杨俊 学号201213120101 指导老师彭祯韩宁 审批 任务书下达日期2014 年12月5日 任务完成日期2014 年12月13日
《数字信号处理》课程设计任务书 一、课程设计的性质与目的 《数字信号处理》课程是通信专业的一门重要专业基础课，是信息的数字化处理、存储和应用的基础。通过该课程的课程设计实践，使学生对信号与信息的采集、处理、传输、显示、存储、分析和应用等有一个系统的掌握和理解；巩固和运用在《数字信号处理》课程中所学的理论知识和实验技能，掌握数字信号处理的基础理论和处理方法，提高分析和解决信号与信息处理相关问题的能力，为以后的工作和学习打下基础。 数字滤波器是一种用来过滤时间离散信号的数字系统，通过对抽样数据进行数学处理来达到频域滤波的目的。根据其单位冲激响应函数的时域特性可分为两类：无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器。 二、课程设计题目 题目1：数字滤波器设计及在语音信号分析中的应用。 1、设计步骤： （1）语音信号采集 录制一段课程设计学生的语音信号并保存为文件，要求长度不小于10秒，并对录制的信号进行采样；录制时可以使用Windows自带的录音机，或者使用其它专业的录音软件，录制时需要配备录音硬件（如麦克风），为便于比较，需要在安静、干扰小的环境下录音。 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。 （2）语音信号分析 使用MATLAB绘出采样后的语音信号的时域波形和频谱图。根据频谱图求出其带宽，并说明语音信号的采样频率不能低于多少赫兹。 （3）含噪语音信号合成 在MATLAB软件平台下，给原始的语音信号叠加上噪声，噪声类型分为如下几种：①白
Digital IC：数字集成电路是将元器件和连线集成于同一半导体芯片上而制成的数字逻辑电路或系统 第一章引论 1、数字IC芯片制造步骤 设计：前端设计（行为设计、体系结构设计、结构设计）、后端设计（逻辑设计、电路设计、版图设计） 制版：根据版图制作加工用的光刻版 制造：划片：将圆片切割成一个一个的管芯（划片槽） 封装：用金丝把管芯的压焊块（pad）与管壳的引脚相连 测试：测试芯片的工作情况 2、数字IC的设计方法 分层设计思想：每个层次都由下一个层次的若干个模块组成，自顶向下每个层次、每个模块分别进行建模与验证 SoC设计方法：IP模块（硬核（Hardcore)、软核（Softcore)、固核（Firmcore））与设计复用Foundry（代工）、Fabless（芯片设计）、Chipless（IP设计）“三足鼎立”——SoC发展的模式 3、数字IC的质量评价标准（重点：成本、延时、功耗，还有能量啦可靠性啦驱动能力啦之类的） NRE (Non-Recurrent Engineering) 成本 设计时间和投入，掩膜生产，样品生产 一次性成本 Recurrent 成本 工艺制造（silicon processing），封装（packaging），测试（test） 正比于产量 一阶RC网路传播延时：正比于此电路下拉电阻和负载电容所形成的时间常数 功耗：emmmm自己算 4、EDA设计流程 IP设计系统设计（SystemC）模块设计（verilog） 综合 版图设计(.ICC) 电路级设计（.v 基本不可读）综合过程中用到的文件类型(都是synopsys)： 可以相互转化 .db（不可读）.lib（可读） 加了功耗信息
数字信号处理课程设计报告《应用Matlab对信号进行频谱分析及滤波》 专业： 班级： 姓名： 指导老师： 二0 0五年一月一日
目录 设计过程步骤（） 2.1 语音信号的采集（） 2.2 语音信号的频谱分析（） 2.3 设计数字滤波器和画出其频谱响应（） 2.4 用滤波器对信号进行滤波（） 2.5滤波器分析后的语音信号的波形及频谱（） ●心得和经验（）
设计过程步骤 2.1 语音信号的采集 我们利用Windows下的录音机，录制了一段开枪发出的声音，时间在1 s内。接着在C盘保存为WAV格式，然后在Matlab软件平台下．利用函数wavread对语音信号进行采样，并记录下了采样频率和采样点数，在这里我们还通过函数sound引入听到采样后自己所录的一段声音。通过wavread函数和sound的使用，我们完成了本次课程设计的第一步。其程序如下： [x,fs,bite]=wavread('c:\alsndmgr.wav',[1000 20000]); sound(x,fs,bite); 2.2 语音信号的频谱分析 首先我们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，我们利用函数fft对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性性。到此，我们完成了课程实际的第二部。 其程序如下： n=1024; subplot(2,1,1); y=plot(x(50:n/4)); grid on ; title('时域信号') X=fft(x,256); subplot(2,1,2); plot(abs(fft(X))); grid on ; title('频域信号'); 运行程序得到的图形：
电子科技大学二零零九年至二零一零学年第二学期“数字逻辑设计及应用”课程考试题（半期）（120分钟）考试日期2011年4月23日 一二三四五六七八九十总分评卷教师 I. To fill the answers in the “( )” (2’ X 19=38) 1. [1776 ]8 = ( 3FE )16 = ( 1111111110 )2= ( 1000000001 ) Gray . 2. (365)10 = ( 001101100101 )8421BCD＝( 001111001011 ) 2421 BCD. 3.Given an 12-bit binary number N. if the integer’s part is 9 bits and the fraction’s part is 3 bits ( N = a8 a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 . a-1 a-2 a-3), then the maximum decimal number it can represent is ( 511.875 ); the smallest non-zero decimal number it can represent is ( 0.125 ). 4. If X’s signed-magnitude representation X SM is（110101）2, then it’s 8-bit two’s complement representation X2’s COMP is( 11101011 ) , and (–X)’s 8-bit complement representation (–X) 2’s COMP is ( 00010101 )2 . 5. If there are 2011 different states, we need at least ( 11 ) bits binary code to represent them. 6.If a positive logic function expression is F=AC’+B’C(D+E)，then the negative logic function expression F = ( (A+C’)(B’+(C+DE)) ). 7. A particular Schmitt-trigger inverter has V ILmax = 0.7 V, V IHmin = 2.1 V, V T+= 1.7 V, and V T-= 1.3 V, V OLmax=0.3V, V OHmin=2.7V. Then the DC noise margin in the HIGH state is ( 0.6V ), the hysteresis is ( 0.4V ). 8.The unused CMOS NAND gate input in Fig. 1 should be tied to logic ( 1 ). Fig.1Circuit of problem I-8 9. If number [ A ] two’s-complement =11011001
实验一：基于DFT的数字谱分析以及可能出现的问题 一、实验目的： 1.进一步加深对DFT的基本性质的理解。 2.掌握在MATLAB环境下采用FFT函数编程实现DFT的语句用法。 3.学习用DFT进行谱分析的方法，了解DFT谱分析中出现的频谱泄露和栅栏效应现 象，以便在实际中正确应用DFT。 二、实验步骤: 1.复习DFT的定义、物理含义以及主要性质。 2.复习采用DFT进行谱分析可能出现的三个主要问题以及改善方案。 3.按实验内容要求，上机实验，编写程序。 4.通过观察分析实验结果，回答思考题，加深对DFT相关知识的理解。 三、上机实验内容: 1.编写程序产生下列信号供谱分析用： 离散信号： x1=R10(n) x2={1,2,3,4,4,3,2,1}，n=0,1,2,3,4,5,6,7 x3={4,3,2,1, 1,2,3,4}，n=0,1,2,3,4,5,6,7 连续信号： x4=sin(2πf1t)+sin(2πf2t) f1=100Hz, f2=120Hz，采样率fs=800Hz 2.对10点矩形信号x1分别进行10点、16点、64点和256点谱分析，要求256点 频谱画出连续幅度谱，10点、16点和64点频谱画出离散幅度谱，观察栅栏效应。 3.产生信号x2和x3分别进行8点、16点谱分析，画出离散幅度谱，观察两个信 号的时域关系和幅度谱的关系。 4.对双正弦信号x4以采样率fs=800Hz抽样，生成离散双正弦信号并画出连续波形； 对离散双正弦信号进行时域截断，截取样本数分别为1000、250、50。对不同样本的双正弦信号分别进行1024点谱分析，画出连续幅度谱，观察频谱泄露现象。
《数字信号处理》课程设计设计题目：基于MATLAB的音乐信号处理和分析 院系：物理工程学院 专业：电子信息科学与技术 学号： 姓名：
一、课程设计的目的 本课程设计通过对音乐信号的采样、抽取、调制解调、滤波、去噪等多种处理过程的理论分析和MATLAB实现，使学生进一步巩固数字信号处理的基本概念、理论以及频谱分析方法和数字滤波器设计方法；使学生掌握的基本理论和分析方法只是得到进一步扩展；使学生能有效地将理论和实际紧密结合；增强学生软件编程实现能力和解决实际问题的能力。 二、课程设计的基本要求 1 学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的基本编程语句。 2 掌握在Windows环境下音乐信号采集的方法。 3 掌握数字信号处理的基本概念、基本理论和基本方法。 4 掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。 5 掌握使用MATLAB处理数字信号、进行频谱分析、涉及数字滤波器的编程方法。 三、课程设计内容 实验1音乐信号的音谱和频谱观察 使用windows下的录音机录制一段音乐信号或采用其它软件截取一段音乐信号（要求：时间不超过5s、文件格式为wav文件） ①使用wavread语句读取音乐信号，获取抽样率；（注意：读取的信号时双声道信号，即为双列向量，需要分列处理）； ②输出音乐信号的波形和频谱，观察现象； 使用sound语句播放音乐信号，注意不同抽样率下的音调变化，解释现象。 程序如下： [Y,FS,NBITS]=WAVREAD('怒放的生命 - 汪峰5s'); %读取音乐信号 plot(Y); %显示音乐信号的波形和频谱 sound(Y,FS); %听音乐（按照原来的抽样率） Y1=Y(:,1); %由双声道信号变为单声道信号 size(Y1) figure subplot(2,1,1);
语音信号分析与处理系统设计
语音信号分析与处理系统设计 摘要 语音信号处理就是研究用数字信号处理技术与语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科,就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。通过语音传递信息就是人类最重要、最有效、最常用与最方便的交换信息形式。 Matlab语言就是一种数据分析与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、时域与频域分析、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与分析以及信号的可视化,使人机交互更加便捷。信号处理就是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。 最后,本文对语音信号处理的进一步发展方向提出了自己的瞧法。 关键字:Matlab;语音信号;傅里叶变换;信号处理; 目录 1 绪论 0 1、1课题背景及意义 0 1、2国内外研究现状 0 1、 3本课题的研究内容与方法 (1) 1、3、1 研究内容 (1) 1、3、2 运行环境 (1) 1、3、3 开发环境 (1) 2 语音信号处理的总体方案 (1) 2、1 系统基本概述 (1) 2、2 系统基本要求 (2) 2、3 系统框架及实现 (2) 2、4系统初步流程图 (3) 3 语音信号处理基本知识 (3) 3、1语音的录入与打开 (3) 3、2采样位数与采样频率 (4)