【正文】 葉變換使用濾波器對信號(hào)濾波畫圖觀察采集信號(hào)的時(shí)域波形畫圖觀察變換后信號(hào)的頻域波形使用不同種類的濾波器，觀察區(qū)別第2章 信號(hào)采集基本內(nèi)容 Matlab簡述MATLAB和Mathematica、Maple并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。MATLAB可以進(jìn)行矩陣運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN，C++，JAVA的支持。MATLAB主要可實(shí)現(xiàn)功能：數(shù)值分析數(shù)值和符號(hào)計(jì)算工程與科學(xué)繪圖控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真數(shù)字圖像處理數(shù)字信號(hào)處理通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真財(cái)務(wù)與金融工程本次試驗(yàn)采用的MATLAB版本為2014a版 采樣位數(shù)和采樣頻率采樣位數(shù)即采樣值或取樣值，用來衡量聲音波動(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。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)。每增加一個(gè)采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。對于采樣率來說你可以想象它類似于一個(gè)照相機(jī)。 音頻信號(hào)采集依據(jù)：采樣定理對音頻信號(hào)的采集時(shí)必須依據(jù)采樣定理進(jìn)行。在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中，(2fmax)，采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高頻率的5～10倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。Δt)，f(t1177。 這是時(shí)域采樣定理的一種表述方式。 倒譜概念定義：倒譜定義為信號(hào)短時(shí)振幅譜的對數(shù)傅里葉反變換。② 提取音源信息：提取基音特征，以此作為描述音韻特征的輔助參數(shù)而應(yīng)用于語音識(shí)別。錄音結(jié)束后將文件格式轉(zhuǎn)換為適于MATLAB讀取的WAV格式并保存。確定文件是否在MATLAB的索引區(qū)域內(nèi)，如果不在，使用讀取命令的時(shí)候必須附加音頻文件的地址。該命令使用方法為：y=wavread（file）%讀取file所規(guī)定的wav文件，返回采樣值放在向量y中。[y,fs,bits]=wavread(file)fs表示采樣頻率。如果在實(shí)驗(yàn)中錄入音頻文件名為VOC1。 用于對聲音的回放。函數(shù)表達(dá)式%26rdquo。 傅里葉變換基礎(chǔ)離散傅里葉變換（DFT），是連續(xù)傅里葉變換在時(shí)域和頻域上都離散的形式，將時(shí)域信號(hào)的采樣變換為在離散時(shí)間傅里葉變換（DTFT）頻域的采樣。即使對有限長的離散信號(hào)作DFT，也應(yīng)當(dāng)將其看作經(jīng)過周期延拓成為周期信號(hào)再作變換。計(jì)算離散傅里葉變換的一種快速算法，簡稱FFT。由于本次分析的音頻信號(hào)文件抽樣點(diǎn)數(shù)過多，最少的點(diǎn)數(shù)仍約為1W點(diǎn)，使用原離散傅里葉變換函數(shù)會(huì)造成計(jì)算機(jī)運(yùn)行的內(nèi)存空間不足，故此次采用快速傅里葉變換。Y=fft(X) 返回應(yīng)用快速傅立葉方法計(jì)算得到的矢量X的離散傅立葉變換（DFT）， 如果 X為矩陣，fft返回矩陣每一列的傅立葉變換，如果X為多維數(shù)組，fft運(yùn)算從第一個(gè)非獨(dú)立維開始執(zhí)行。一般而言，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對應(yīng)Nyquist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。若N點(diǎn)序列x(n)(n=0,1,…,N1)是在采樣頻率 下獲得的。用法實(shí)例：t=linspace(0,2*pi,500)。subplot(2,1,1)。s=fft(y)。plot(t,s)。 matlab數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)簡述濾波器設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)建滿足指定濾波要求的濾波器參數(shù)的過程。只有完成了濾波器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，才能最終完成數(shù)據(jù)的濾波。嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)格需要指定通帶波紋數(shù)、阻帶衰減、過渡帶寬度等。指定的要求不同，濾波器的設(shè)計(jì)也不同。數(shù)字濾波器有多種分類，根據(jù)數(shù)字濾波器沖激響應(yīng)的時(shí)域特征，可將數(shù)字濾波器分為兩種，即無限長沖激響應(yīng)(IIR)濾波器和有限長沖激響應(yīng)(FIR)濾波器。(1)用一個(gè)因果、穩(wěn)定的離散線性時(shí)不變系統(tǒng)的系統(tǒng)函數(shù)去逼近這一性能指標(biāo)。利用有限精度算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)函數(shù)，包括結(jié)構(gòu)選擇、字長選擇等。在這種情況下，濾波器設(shè)計(jì)就要進(jìn)行大量復(fù)雜的運(yùn)算，單純的靠公式計(jì)算和編制簡單的程序很難在短時(shí)間內(nèi)完成。第3章 音頻信號(hào)處理 音頻的采集與作圖本次實(shí)驗(yàn)采用wavread命令對聲音信號(hào)進(jìn)行采集，在采集的過程中采樣頻率是由MATLAB軟件自行定義的，由于錄制聲音采樣率較低故可以不設(shè)定采樣頻率僅使用軟件默認(rèn)的采樣頻率進(jìn)行采樣。編寫M文件，定義名稱為tryed：clearmusic=input(39。,39。)[y,fs,nbits]=wavread(music)。sound(y,fs,nbits)。n=length(y)。%快速傅里葉變換title(39。,39。,39。)。grid。 %取絕對值title(39。,39。,39。)。grid。MATLAB中產(chǎn)生高斯白噪聲的兩個(gè)函數(shù)MATLAB中產(chǎn)生高斯白噪聲非常方便，可以直接應(yīng)用兩個(gè)函數(shù)，一個(gè)是WGN，另一個(gè)是AWGN。在設(shè)計(jì)中使用的是直接產(chǎn)生高斯噪聲的RANDN函數(shù)，實(shí)驗(yàn)采用的是MATLAB中的隨機(jī)函數(shù)rand產(chǎn)生噪聲加入到語音信號(hào)中，通過對噪聲信號(hào)的加入以此來實(shí)現(xiàn)模仿語音信號(hào)被污染，并對添加噪聲后的文件進(jìn)行頻譜分析。用法：Y = randn(n)返回一個(gè)n*n的隨機(jī)項(xiàng)的矩陣。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。對語音信號(hào)添加噪聲及其頻譜分析的主要程序如下：clearmusic=input(39。,39。)[y,fs,nbits]=wavread(music)。=(y)Y=fft(y,n)。sound(s)。r39。title(39。,39。,39。)。grid。r39。title(39。,39。,39。)。subplot(2,2,3)。plot(s)。加噪時(shí)域波形圖39。fontweight39。bold39。title(39。,39。,39。)。在實(shí)際應(yīng)用中這些噪聲能夠?qū)υ镜男盘?hào)造成干擾，影響信號(hào)的正常讀取，這時(shí)便需要采用濾波器對唄噪聲污染的信號(hào)進(jìn)行濾波，如此才能夠正常讀取相應(yīng)的音頻文件。利用MATLAB很容易實(shí)現(xiàn)音量標(biāo)準(zhǔn)化，即最大電平對應(yīng)最高量化比特。運(yùn)行程序如下：clearmusic=input(39。,39。)[y,fs,nbits]=wavread(music)。x=y/ym。title(39。,39。,39。)。grid。 title(39。,39。,39。)。grid。39。程序內(nèi)容為：對原語音信號(hào)處理保存后播放并畫出時(shí)域波形圖，有音量增大的效果。程序運(yùn)行結(jié)果：如圖，運(yùn)行后相較于原波形圖有了一定程度的幅度提高。經(jīng)過重采樣后能夠減少程序的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。同時(shí)，重采樣還能夠帶來降頻和倍頻的功能。所以在設(shè)計(jì)中也添加了這種功能，通過相關(guān)的處理可以使語音信號(hào)的聲音特征產(chǎn)生一定的變化。故在此進(jìn)行部分說明。以下為本次實(shí)驗(yàn)中使用的重采樣功能的部分代碼：fre=get(,39。)。Value39。switch popup_sel_index case 1 fre=1000。 case 3 fre=4000。subplot(2,2,1)。title(39。)。時(shí)間39。ylabel(39。)。Y=fft(ft)。title(39。)。頻率39。ylabel(39。)。sound(y2,fre)。plot(y2)。重采樣后信號(hào)波形39。xlabel(39。)。幅度39。subplot(2,2,4)。plot(abs(Y2))。重采樣后信號(hào)頻譜)39。xlabel(39。)。幅度39。第4章濾波器設(shè)計(jì) 數(shù)字濾波器原理所謂數(shù)字濾波器，是指輸入，輸出均為數(shù)字信號(hào)，通過一定運(yùn)算關(guān)系改變輸入信號(hào)所含 頻率成分的相對比例或者濾除某些頻率成分的硬件。 它的基本工作原理是利用離散系統(tǒng)的特性對系統(tǒng)輸入信號(hào)進(jìn)行加工和變換， 改變輸入序列的頻譜或信號(hào)波形， 讓有用的頻率分量通過， 抑制無用的信號(hào)分量輸出，根據(jù)其頻率特性同樣可以分為低通，高通，帶通，帶阻。數(shù)字濾波器從實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或者從單位沖激響應(yīng)分類，可以分成無限長單位沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器和有限長單位沖激響應(yīng)（FIR）數(shù)字濾波器。它的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，復(fù)雜在于它的模擬濾波器傳輸函數(shù)H（s）的確定。然后，我們說一下它的具體實(shí)現(xiàn)步驟：首先你要先確定你需要一個(gè)什么樣的濾波器，巴特沃斯型，切比雪夫型，還是其它什么型的濾波器。通常這個(gè)過程中還存在預(yù)扭曲的問題（這只是雙線性變換法所需要注意的問題，脈沖響應(yīng)不變法不存在這種問題）。與fir濾波器的設(shè)計(jì)不同，IIR濾波器設(shè)計(jì)時(shí)的階數(shù)不是由設(shè)計(jì)者指定，而是根據(jù)設(shè)計(jì)者輸入的各個(gè)濾波器參數(shù)（截止頻率、通帶濾紋、阻帶衰減等），由軟件設(shè)計(jì)出滿足這些參數(shù)的最低濾波器階數(shù)。IIR濾波器的公式為：　　FIR數(shù)字濾波器：FIR濾波器的設(shè)計(jì)比較簡單，就是要設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字濾波器去逼近一個(gè)理想的低通濾波器。根據(jù)傅里葉變換我們可以知道，此函數(shù)在時(shí)域上是一個(gè)采樣函數(shù)。故我們需要對此采樣函數(shù)進(jìn)行截?cái)嗵幚?。就是傳說中的加窗。但是加窗后對此采樣序列的頻域也產(chǎn)生了影響：此時(shí)的頻域便不在是一個(gè)理想的矩形窗，而是成了一個(gè)有過渡帶，阻帶有波動(dòng)的低通濾波器。通常我們就是根據(jù)此阻帶衰減去選擇一個(gè)合適的窗函數(shù)。選擇一個(gè)具體的窗函數(shù)之后，根據(jù)所設(shè)計(jì)濾波器的參數(shù)來計(jì)算所需的階數(shù)、此窗函數(shù)的表達(dá)式。FIR濾波器的濾波計(jì)算公式為： 　　　y(k)=a0x(k)+a1x(k+1)+a2x(k+2)+...+amx(k+m)　k=0,1,…,Nm 低通，高通，帶通概念低通，高通，帶通：低通濾波器：對于不同濾波器而言，每個(gè)頻率的信號(hào)的減弱程度不同。低通濾波器概念有許多不同的形式，其中包括電子線路（如音頻設(shè)備中使用的hiss 濾波器、平滑數(shù)據(jù)的數(shù)字算法、音障（acoustic barriers）、圖像模糊處理等等，這兩個(gè)工具都通過剔除短期波動(dòng)、保留長期發(fā)展趨勢提供了信號(hào)的平滑形式。 高通濾波器：去掉信號(hào)中不必要的低頻成分，去掉低頻干擾的濾波器。高通濾波器是指車載功放中能夠讓中、高頻信號(hào)通過而不讓低頻信號(hào)通過的電路，其作用是濾去音頻信號(hào)中的低音成分，增強(qiáng)中音和高音成分以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的中音和高音單元。 帶通濾波器：能通過某一頻率范圍內(nèi)的頻率分量、但將其他范圍的頻率分量衰減到極低水平的濾波器，與帶阻濾波器的概念相對。這些濾波器也可以用低通濾波器同高通濾波器組合來產(chǎn)生。