【正文】 用圖形用戶界面和 Simulink 中的功能模塊構(gòu)成 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)對 數(shù)字語音信號(hào)進(jìn)行分析處理 ， 并 分別 實(shí)現(xiàn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)仿 真。 Matlab、 GUI、 Simulink 介紹 Matlab 是 MathWorks 公司于 1982 年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算 和可視化數(shù)學(xué)軟件，被譽(yù)為 “巨人肩上的工具 ”。 Simulink 是基于 MATLAB 環(huán)境之上的高性能的系統(tǒng)級(jí)仿真設(shè)計(jì)平臺(tái)。 Simulink 是從底層開發(fā)的一個(gè)完整的仿真環(huán)境和圖形界面，是模塊化了的編程工具，它把 Matlab 的許多功能都設(shè)計(jì)成一個(gè)個(gè)直觀的功能模塊，把需要的功能模塊用連線連起來就可以實(shí)現(xiàn)需要的仿真功能了。 ? 完成對語音信號(hào)分析處理靜態(tài)仿真的用戶圖形界面的建立 。 ? 比較數(shù)字語音信號(hào)在圖形界面靜態(tài)與 Simulink 中的動(dòng)態(tài)分析。 ? 用戶 圖形界面的建立與集成。 ? 比較數(shù)字語音信號(hào)在圖形界面靜態(tài)與 Simulink 中的動(dòng)態(tài)分析。 仿真流程設(shè)計(jì) 本 文 的仿真 流程設(shè)計(jì)分為兩大部分。采樣頻率越高，即采樣的間隔語音信號(hào)的采集 圖形用戶界面搭建 Simulink 仿真模塊搭建 語音信號(hào)的靜態(tài)分析處理 語音信號(hào)的動(dòng)態(tài)分析處理 對比 仿真 仿真 調(diào)試 并調(diào)整設(shè)計(jì) 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 5 時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲 音樣本數(shù)據(jù)就越多，對聲音波形的表示也越精確。 采樣位數(shù)和采樣率對于音頻接口來說是最為重要的兩個(gè)指標(biāo)，也是選擇音頻接口的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。 根據(jù)語音信號(hào)的采樣依據(jù)，可以選擇 Wondows 自帶的錄音機(jī)進(jìn)行聲音采集。用于讀取語音，采樣值放在向量 y中 ， fs 表示采樣頻率 (Hz)， bits 表示采樣位數(shù)。向量 y 則就代表了一個(gè)信號(hào) ,也就是說可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。如果 x 長度是 2 的冪次方，函數(shù) fft 執(zhí)行高速基－ 2FFT 算法，否則 fft 執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。MATLAB 提供求復(fù)數(shù)的幅值和相位函數(shù)： abs， angle，這些函數(shù)一般和 FFT同時(shí)使用。 FIR（ Finite Impulse response）有限沖擊響應(yīng)， IIR（ Infinite Impulse response）無限沖擊響應(yīng)。相反， FIR 濾波器卻可以得到嚴(yán)格的線性相位，然而由于 FIR 濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)固定在原點(diǎn)，所 以只能用較高的階數(shù)達(dá)到高的選擇性；對于同樣的濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)， FIR 濾波器所要求的階數(shù)可以比 IIR 濾波器高 5～ 10 倍，結(jié)果，成本較高，信號(hào)延時(shí)也較大；如果按相同的選擇性和相同的線性要求來說，則 IIR 濾波器就必須加全通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相位 校 正，同樣要大增加濾波器的節(jié)數(shù)和復(fù)雜性。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 FIR 系統(tǒng)函數(shù)去逼近。 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 8 4． 建立用戶圖形界面進(jìn)行語音信號(hào)的靜態(tài)處理分析 圖形用戶界面或圖形用戶接口 (Graphical User Interface， GUI)是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作環(huán) 境用戶接口。 MATLAB 為 GUI 設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備了 4 種模板，分別是 Blank GUI(默認(rèn) ) 、GUI with Uicontrols(帶控件對象的 GUI 模板 ) 、 GUI with Axes and Menu(帶坐標(biāo)軸與菜單的 GUI 模板 )與 Modal Question Dialog(帶模式問話對話框的GUI 模板 )。 GUI 設(shè)計(jì)窗口由菜單欄、工具欄、控件工具欄以及圖形對象設(shè)計(jì)區(qū)等部分組成。 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 9 圖形用戶界面模塊調(diào)試 (1)語音信號(hào)的讀入與打開 下面的一段程序是語音信號(hào)在 MATLAB 中的最簡單表現(xiàn)，它實(shí)現(xiàn)了語音的讀入打開，以及繪出了語音信號(hào)的波形頻譜圖。 sound(x,fs,bits)。 %繪制 X 的相位譜 subplot(221)。)。xlabel(39。plot(abs(x))。)。xlabel(39。plot(magX)。 ylabel(39。frequency(hz)39。title(39。amplitude39。)。)。 y=fft(x,N)。 subplot(221)。)。 title(39。plot(f(1:N/2),magy(1:N/2))。ylabel(39。N=128(b)39。 y=fft(x,N)。 subplot(223)。)。 title(39。plot(f(1:N/2),magy(1:N/2))。幅值 39。)。wc=。plot(x)。 subplot(322)。 ylabel(?amplitude?)。 subplot(323)。xlabel(?time(ms)?)。 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 12 title(?IIR 濾波后信號(hào)的頻譜 ?)。 Z=fft(z)。 ylabel(?amplitude?)。axis([0,6144,0,1])。 得到結(jié)果如圖 43 所示： 圖 43 N階高通濾波器 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 13 (4)N 階低通濾波器 在這里，同樣以 5 階為例，其中 wc 為其 3dB 邊緣頻率，程序設(shè)計(jì)如下： x=wavread(39。N=5。 subplot(321)。)。xlabel(39。plot(abs(x))。)。xlabel(39。 Y=fft(y)。IIR 濾波后信號(hào)的波形 39。)。 subplot(324)。IIR 濾波后信號(hào)的頻譜 39。)。 z=fftfilt(b,x)。 title(39。amplitude39。)。 title(39。amplitude39。)。wc=[,]。plot(x)。 subplot(322)。 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 15 ylabel(?amplitude?)。 subplot(323)。xlabel(?time(ms)?)。title(?IIR 濾波后信號(hào)的頻譜 ?)。 Z=fft(z)。 ylabel(?amplitude?)。axis([0,6144,0,1])。 得到結(jié)果如圖 45 所示： 圖 45 帶通濾波器 (6) 2N 階帶阻濾波器 2N 階帶阻濾波器的設(shè)計(jì)（在這里，以 10 階為例，其中 wc 為其 3dB 邊緣頻率， wc=[w1,w2],w1 wc w2），程序設(shè)計(jì)如下： 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 16 x=wavread(39。 N=5。)。 title(39。amplitude39。)。 title(39。amplitude39。)。plot(y)。 ylabel(39。time(ms)39。axis([0,6144,0,1])。 ylabel(39。frequency(hz)39。subplot(325)。)。xlabel(39。plot(abs(z))。)。xlabel(39。 (1)新建一個(gè)空白 GUI 模板：進(jìn)入 MATLAB 程序界面以后執(zhí)行File→New→GUI 過程，即可進(jìn)入 (2)選擇空白模板選項(xiàng)條，單擊 OK，一個(gè)空白 GUI 模板生成 (3)按鈕設(shè)計(jì)：按鈕鍵又稱命令按鈕或按鈕，是小的長方形屏幕對象，常常在對象本身標(biāo)有文本。然后編寫功能函數(shù)，本設(shè)計(jì)中該按鈕的功能是繪制原始波形，那么只需要讀取語音信號(hào)并畫出波形。 另外在面板中還設(shè)計(jì)了定點(diǎn)分析的功能按鈕，可以對語音信號(hào)進(jìn)行定點(diǎn)分析。分別如圖 51 和 52所示 : 圖 51波形分析處理的動(dòng)態(tài)仿真 圖 52頻譜分析處理的動(dòng)態(tài) 仿真 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 20 Simulink 的模塊說明 (1)選擇系統(tǒng)所需模塊， 本文對語音信號(hào)的分析處理模塊來源于 Simulink中的 信號(hào)處理工具箱（ Signal Processing Toolbox） 。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 54 所示： 圖 54 系統(tǒng)模 塊結(jié)構(gòu) 湖北師范學(xué)院 2020屆教育信息與技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 21 Simulink 環(huán)境中信號(hào)處理的仿真與調(diào)試 系統(tǒng)仿真 首先需要設(shè)置好系統(tǒng)模塊，設(shè)置與用戶界面一致的濾波器及其參數(shù) ， 如圖 61所示 。這一過程也就是我對自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)與總結(jié)的過程。在本次仿真設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可以拓展到更為復(fù)雜的語音識(shí)別系統(tǒng)的波形、頻譜 分析實(shí)現(xiàn) 更為廣泛的功能。以后我可能走向 IT 的其他領(lǐng)域，但這 點(diǎn)點(diǎn)滴滴的知識(shí)和認(rèn)知會(huì)串聯(lián)起來 。在這畢業(yè)前夕有浮躁與展望，我也靜下心來思考我的大學(xué)和展望未來的研究生 生活 。當(dāng)然在我們學(xué)院信息工程 專業(yè) 本科學(xué)習(xí)中，我受益于我們院許多 老師