毕业设计（论文）
基于MATLAB实现对语音信号的频谱分析
学生姓名：***
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所在系部：信息工程学院
专业班级：
指导教师：
日期：二○一贰年五月
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基于MATLAB实现对语音信号的频谱分析
摘要
MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，运用它来进行信号的分析和处理相当便捷。
本文介绍了在Matlab环境中如何采集语音信号和语音信号采集后的频谱分析处理，并通过实例分析了语音信号处理的Matlab。
并以理想正弦分布的纹理图像的Matlab仿真和正弦纹理图像的频谱特征分析为例，叙述了基于傅立叶能量谱的纹理图像分析的基本原理和基本过程。编写了程序，获得了具有理想正弦分布的空域纹理图像，并对其频谱特征进行了分析。
并且根据离散傅里叶变换DFT的定义，推导出一种用DFT计算离散信号幅值谱的方法，通过MATLAB 仿真验证了该方法的有效性。
关键词：MATLAB；频谱分析；傅里叶变换；语音信号；信号分析
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Analysis of Signal Spectrum Based on MATLAB
Abstract
MATLAB is very powerful and practical engineering software which is used in data analysis and processing fraction,and use it to analysis and process voice signal,which is very convenient.
This paper describes the Matlab enviironment,how to collect and process speech signal,and through example analysis of the speech signal processing in Matlab.
Then take the Matlab simulation of ideal sinusoid texture image and analysis of its spectrum characteristics for example; basic principles and process of analyzing the texture image based on Fourier energy spectrum were described. The program was written for obtaining spatial domain texture image with ideal sinusoid distribution. And its spectrum characteristics were analyzed.
Moreover, according to the definition of DFT, a calculation method of amplitude spectrum for periodic signal is derived in this paper. Through simulation of amplitude spectrum calculation in MATLAB, the efficiency of the method is validated to satisfy the need for project. In the end, the problems of spectrum leakage and picket fence effect are explained and the corresponding solution is proposed.
Keywords: MATLAB; Spectrum Analysis;FFT; Speech signal; signal analysis
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目录
1. 绪论 (1)
1.1 课题背景 (1)
1.2 研究意义 (1)
1.3 本文研究内容 (1)
2. 频谱分析及MATLAB简介 (2)
2.1 频谱分析技术 (2)
2.1.1 时域抽样定理[7] (2)
2.1.2 离散傅立叶变换（DFT）[8] (2)
2.1.3 快速傅立叶变换（FFT）[9] (3)
2.1.4 频谱分析原理[10] (3)
2.2 MATLAB简介 (4)
2.2.1 MATLAB软件的发展 (4)
2.2.2 MATLAB组成 (5)
2.3 本章小结 (5)
3. 程序与算例 (6)
3.1 声音信号频谱分析 (6)
3.2 图像信号频谱分析 (7)
3.3 离散信号/序列 (9)
3.4 本章小结 (11)
结论 (12)
致谢 (13)
参考文献 (14)
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1. 绪论
1.1 课题背景
随着信息时代和数字世界的到来，数字信号处理己成为当今一门极其重要的学科和技术领域，数字信号处理在通信、语音、图像、自动控制、医疗和家用电器等众多领域得到了广泛的应用。任意一个信号都具有时域与频域特性，信号的频谱完全代表了信号，因而研究信号的频谱就等于研究信号本身。通常从频域角度对信号进行分析与处理，容易对信号的特性获得深入的了解。因此，信号的频谱分析是数字信号处理技术中的一种较为重要的工具[1-3]。
在工程领域中，MATLAB是一种倍受程序开发人员青睐的语言，对于一些需要做大量数据运算处理的复杂应用以及某些复杂的频谱分析算法MATLAB显得游刃有余[4]。
1.2 研究意义
信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域，而频谱分析又是信号处理中一个非常重要的分析手段。一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成，价格昂贵，体积庞大，不便于工程技术人员的携带。虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路，用软件代替了硬件，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析[5-6]。
1.3 本文研究内容
信号的频谱分析就是利用傅里叶分析的方法，求出与时域描述相对应的频域描述,从中找出信号频谱的变化规律，以达到特征提取的目的。不同信号的傅里叶分析理论与方法，在有关专业书中都有介绍。
但实际的待分析信号一般没有解析式，直接利用公式进行傅里叶分析非常困难. DFT是一种时域和频域均离散化的傅里叶变换，适合数值计算且有快速算法，是分析信号的有力工具。
DFT及FFT是数字信号处理的重要内容。DFT是FFT的基础，FFT是DFT的快速算法，在MAT LAB中可以利用函数FFT来计算序列的离散傅里叶变换DFT。基于此首先介绍了Matlab软件；其次给出了基于Matlab软件的DFT和FFT频谱分析的方法，利用Matlab软件方法，使得设计方便、快捷，大大减轻了工作量；最后结合实例给出了仿真结果。
本文将重点介绍基于MATLAB的频谱分析设计，包括：
(1) 音频信号频谱分析；
(2) 图像信号频谱分析；
(3) 离散信号/序列频谱分析。
