【文章內(nèi)容簡介】 Matlab 相關(guān)函數(shù) 5 2 Matlab 相關(guān)函數(shù) wavread 函數(shù) 選取一段聲音信號，而后利用該函數(shù)，在 Matlab 軟件平臺下對語音信號進(jìn)行采樣處理，同時(shí)記住采樣頻率與采樣點(diǎn)數(shù)。通過使用 wavread 函數(shù)，加深理解采樣頻率、采樣位數(shù)等概念。 wavread 函數(shù)調(diào)用格式一般有以下幾種： y=wavread（ file),該式讀取 file 所規(guī)定的 wav 文件，返回的采樣值放在向量 y 中。 [y,fs,nbits]=wavread(file)，所得采樣值放在向量 y中， fs 表示采樣頻率（ Hz）， nbits 表示采樣位數(shù)。 y=wavread（ file， N),讀取前 N 點(diǎn)的采樣值并放在向量 y中。 y=wavread(file,[1N,2N]),讀入從 1N 到 2N 點(diǎn)的采樣值并放在向量 y中。 其他相關(guān)函數(shù) (1)函數(shù) fftfilt 函數(shù) fftfilt 的調(diào)用格式為 : y=fftfilt(b,x)。 該格式是利用基于 FFT 的重疊相加法對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，但這種頻域?yàn)V波技術(shù)只對 FIR濾波器有效。該函數(shù)是通過向量 b描述的濾波器對 x數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。(2)函數(shù) sound 函數(shù) sound 可以對聲音 進(jìn)行回放。其調(diào)用格式為 : sound(x,fs,bits)。 (3)函數(shù) filter 函數(shù) filter 的調(diào)用格式為 ： y=filter(b,a,x)。 該格式采用的是用數(shù)字濾波器對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，既可以用于 IIR濾波器，同樣，也可以用于 FIR 濾波器。其中，向量 b和 a分別表示的是系統(tǒng)函數(shù)的分子、分母多項(xiàng)式的系數(shù)。若 a=1，則表示的是 FIR濾波器，否則就是 IIR濾波器。該函數(shù)是利用給出的向量 b和 a，對 x 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，結(jié)果放入向量 y。 (4)函數(shù) randn Randn 函數(shù)產(chǎn)生的是 [0， 1]上的均勻分布的隨機(jī)序列 ， randn 產(chǎn)生均值為 0，方差為 1 的高斯隨機(jī)序列，也就是白噪聲序列。 也就是說，可以直接使用下面兩個(gè)函數(shù)對原始信號添加噪聲。調(diào)用格式為：y=x+rand(length(x),1),或者 y=x+randn(length(x),1)。 (5)函數(shù) FFT 宿州學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) Matlab 相關(guān)函數(shù) 6 在 Matlab 的信號處理工具箱功能中，函數(shù) FFT 用于序列快速傅立葉變換 。 FFT 函數(shù)的一種調(diào)用格式為： y=fft(x) 其中 ,x是序列， y 是序列的 FFT， x可以為一向量或矩陣。若 x為一向量， y是 x 的 FFT。且和 x相 同長度。 FFT 函數(shù)的另一種調(diào)用格式為 : y=fft(x,N) 式中 ,x,y 意義同前 ,N為正整數(shù)。宿州學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 去噪和仿真的研究 7 3 去噪和仿真的研究 語音文件在 Matlab 平臺上的錄入與打開 單擊自己的電腦開始菜單，選擇所有程序，接著選擇附件，再選擇娛樂，最后選擇錄音。自己錄入“畢業(yè)設(shè)計(jì)聲音文件”語音信號，然后保存在 MATLAB 的work 文件夾里面，命名為“ ” 。 利用 Matlab 中的 wavread 命令 ， 讀入（采集） 本段 語音信號，將它賦值給某一向量。 原始語 音信號頻譜分析及仿真 在 Matlab 中使用 wavread 函數(shù)，可得出一個(gè)采樣頻率為 22500HZ，并且聲音是單聲道的信號。利用 Sound 函數(shù)，我們可以清晰的聽到“畢業(yè)設(shè)計(jì)聲音文件”的語音。采集數(shù)據(jù)并畫出波形圖。 在 Matlab 的信號處理工具箱中 ,函數(shù) FFT 和 IFFT 分別用于快速傅立葉變換和逆變換。前面已簡單介紹過，這里詳細(xì)介紹下這些函數(shù)。 函數(shù) fft 用于序列快速傅立葉變換，是常用的信號處理函數(shù)。 函數(shù)的一種調(diào)用格式： y=fft(x)。 其中， x是序列， y 是序列的快速傅里葉變換 FFT， x可以為一向量 ,也可以為 一矩陣。若 x為一向量，則 y 是 x的 fft，且和 x 為相同長度。若 x 為一矩陣，y則是對矩陣的每一列向量進(jìn)行的 fft。 若序列 x 的 長度是 2的冪次方， 則 函數(shù) fft 執(zhí)行高速基 － 2fft 算法；否 則fft 將 執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計(jì)算速度 會 較慢。 函數(shù) fft 的另一種調(diào)用格式為 y=fft(x,N)。 該 式中， x， y 的 意義同前， N為正整數(shù)。函數(shù)執(zhí)行 序列 x的 N點(diǎn) 快速傅里葉變換(fft)。若 x為向量 ,且長度小于 N，則函 數(shù)會 將 x補(bǔ)零至長度 N。若向量 x 的長度大于 N，則函數(shù) 將 截短 x,使之長度為 N。若 x 為矩陣， 則 按相同方法對 x 進(jìn)行 相應(yīng) 處理。 由于 經(jīng)函數(shù) fft所 求得的序列 y一般是復(fù)序列， 所以 通常要求其幅值和相位。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。函數(shù) abs(x)用于計(jì)算復(fù)向量 x 的幅值， 而 函數(shù) angle(x)則 用于計(jì)算復(fù)向量的相角， 用 弧度表示。 用 Matlab 工具箱函數(shù) fft 進(jìn)行頻譜分析時(shí) ， 需注意： (1)函數(shù) fft返回值 y的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性 一般的，對于 N點(diǎn)的 x(n)序列的 fft 是 N 點(diǎn)的復(fù)數(shù)序列，其點(diǎn) n=N/2+1 所對應(yīng)的是奈奎斯特頻率，作頻譜分析時(shí)僅取序列 X(k)的前一半 ，即前 N/2 點(diǎn)即可。由于 X(k)的后一半序列和前一半序列是對稱的，所以不必再求。 宿州學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 去噪和仿真的研究 8 (2)頻率計(jì)算 若 N 點(diǎn)序列 x(n)(n=0,1,? ,N1)是在采樣頻率下獲得的，則它的 FFT 也是 N點(diǎn)序列，即 X(k)(k=0,1,2,? ,N1)，其第 k點(diǎn)所對應(yīng)實(shí)際頻率值為 f=k*f/N. 下面的一段程序是語音信號在 Matlab 中的簡單體現(xiàn)。通過運(yùn)行該段程序 ,我們實(shí)現(xiàn)了語音信號的讀入與打開，并 繪出了語音信號的波形頻譜圖。 [x,fs,bits]=wavread(39?！?。 sound(x,fs,bits)。 X=fft(x,4096)。 magX=abs(X)。 angX=angle(X)。 subplot(221)。plot(x)。title(39。原始信號波形 39。)。 subplot(222)。plot(X)。 title(39。原始語音信號采樣后的頻譜圖 ’) subplot(223)。plot(magX)。title(39。原始信號幅值 39。)。 subplot(224)。plot(angX)。title(39。原始信號相位 39。)。 程序運(yùn)行 時(shí) 可以聽到聲音， 而后 得到的圖形 如圖 2 所示 ： 0 0 . 5 1 1 . 5 2x 1 051 0 . 500 . 51原始信號波形 0 . 1 0 . 0 5 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 0 . 0 500 . 0 50 . 1原始語音信號采樣后的頻譜圖0 2020 4000 600000 . 0 50 . 10 . 1 50 . 2原始信號幅值0 2020 4000 600042024原始信號相位 圖 2 初始信號波形 宿州學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計(jì) 去噪和仿真的研究 9 加噪語 音信號頻譜分析及仿真 下面將介紹在 Matlab 平臺上如何實(shí)現(xiàn)在一段原始語音信號加入一個(gè)隨機(jī)噪聲信號。 函數(shù) randn：產(chǎn)生正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)或 者 矩陣的函數(shù) 。 產(chǎn)生 的 均值 為 0，方差 σ^2=1 ,標(biāo)準(zhǔn)差 σ =1 的正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)或矩陣的 函數(shù) 。 用法： Y=randn(n)， 返回一個(gè) n*n 的隨機(jī)項(xiàng)矩陣。如果 n不是個(gè)數(shù)量， 則 將返回錯(cuò)誤信息。 Y=randn(m,n) 或 Y=randn([m n]),返回一個(gè) m*n 的隨機(jī)項(xiàng)矩陣。 Y=randn(size(A)),返回一個(gè)和 A 有同樣維數(shù)大小的隨機(jī)數(shù)組。 randn 返回 一個(gè)每次都變化的數(shù)量 。 利用下面的一段程序 ,將實(shí)現(xiàn)用 randn函數(shù)把一段隨機(jī)噪音信號加入原始語音信號的信號處理功能： [y,fs,bits]=wavread(39。39。)。 sound(y,fs) n=length(y) y_p=fft(y,n)。 f=fs*(0:n/21)/n。 figure(1) subplot(2,1,1)。 plot(y)。 title(39。原始語音信號采樣后的時(shí)域波形 39。)。 xlabel(39。時(shí)間軸 39。) ylabel(39。幅值 A39。) subplot(2,1,2)。