DSP实验七 综合实验与考查

目录

一、实验目的

二、需验证的理论

三、实验内容

四、实验指导

五、实验设计报告要求

六、思考题

【实验过程】

1、语音采样、时域波形、频域波形

2、延时

3、混响

4、单回声

5、多重回声

6、无限回声

7、全通结构混响器

8、IIR低通滤波器处理

9、IIR带通滤波器处理

10、IIR高通滤波器处理

11、FIR高通滤波器处理

12、FIR低通滤波器处理

13、FIR带通滤波器处理

14、加噪声、用FIR低通滤去噪声/用IIR低通滤去噪声

15、男性声音分析

16、心得

一、实验目的

综合运用所学数字信号处理理论知识进行语音信号的采集、频谱分析、延时、滤波处理等，通过理论推导得出相应结论并利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而对数字信号处理有一个系统的掌握和直观理解。

*注.本部分内容如果全部放在后面做会花费较长时间，要求前面的每一个实验都对实验一采样语音进行分析，包括变换、滤波等，并在每个实验报告里写出来并分析，最后一个实验综合分析。

二、需验证的理论

1、语音信号采集与处理

2、信号频谱分析

3、数字滤波器分析与设计

三、实验内容

录制一段个人的语音信号，然后对语音信号进行时域波形和频谱分析，然后进行滤波处理。

1、将原始信号加入延时和混响回声处理，将处理后信号进行频谱分析及语音信号回放，与原始频谱和原始声音进行比较；

2、对原始语音信号进行FIR和IIR滤波，然后画出滤波后信号的时域波形和频谱，对滤波前后的信号和频谱进行对比；同时回放滤波后信号，与原始声音对比，分析声音的变化。

四、实验指导

1、语音信号的采集

通过录音软件录制一段语音，说出自己的名字和学号，时长大约1到2秒，在MATLAB中，通过使用wavread函数，对语音进行采样:

[y,fs,nbits]=wavread('xxxxxxx');       %语音信号的采集

采样值放在向量y中，采样频率为fs，采样位数为nbits。

2、语音信号的频谱分析和回放

首先画出采样后语音信号的时域波形，然后对信号进行快速傅里叶变换，得到其频谱图。读取语音文件并绘出波形和频谱的程序:

[y,fs,nbits]=wavread('xxxxxxxx');        %语音信号的采集

sound(y,fs,nbits);                     %语音信号的播放

n=length(y) ; %计算语音信号的长度

Y=fft(y,n);                           %快速傅里叶变换

figure;

subplot(2,1,1); %绘出时域波形

3、原始信号延时、混响和回声的处理

(1) 对原始信号加入延时，并画出延时后信号的时域波形和频谱图，然后分别从时域和频域上分析延时后信号与原始信号的变化，最后再利用sound函数对声音进行回放，对感觉到的延时前后的声音变化作出说明。

(2) 设计如下几种特殊类型滤波器，对原始信号分别进行如下几种回声滤波或混响处理，并画出滤波后信号的时域波形和频谱图，然后分析其变化，最后对声音进行回放，对感觉到的滤波前后的声音变化作出说明。

    回声或者混响滤波器类型：

Ps其中a是回声的衰减系数（其绝对值小于1），R是回声的延迟（以样本为单位）

4、原始信号的滤波处理

(1) 分别用FIR和IIR滤波器对采集的语音信号进行滤波。

(2) 对滤波后的信号进行傅里叶变换，分别得到FIR和IIR滤波后信号的频谱特性，同时画出其时域波形，与原始信号进行比较，分析信号的变化。

(3) 对FIR滤波和IIR滤波后的信号进行比较并作出说明。

(4) 对滤波后的声音进行回放并对比分析变化。

根据频谱特征设计FIR和IIR滤波器。在Matlab中，可以利用函数fir1设计FIR滤波器，利用函数butter,cheby1设计IIR滤波器，利用Matlab中的函数freqz画出各步滤波器的频率响应。

①低通滤波器的性能指标：fp=1000Hz，fc=1200Hz，As=100db ,Ap=1dB

这里我设Fs=6000Hz，wp=fp/fs*2*pi=0.33*pi，ws=0.24*pi

②高通滤波器的性能指标：fp=3500Hz，fc=4000Hz，As=100dB，Ap=1dB；

③带通滤波器的性能指标：fp1=1200Hz，fp2=3000hZ，fc1=1000Hz，fc2=3200Hz，As=100dB，Ap=1dB

在MATLAB中，利用[N,wc]=butter(N,wc,Rp,As,'s')设计并计算巴特沃斯模拟滤波器的阶数N和3dB截止频率wc；[B,A]=cheby1(N,Rp,wpo,'ftypr')设计切比雪夫I型滤波器。

五、实验设计报告要求

报告每人单独撰写，内容包括：基本原理、设计方案及实现、仿真结果及分析、结论与建议。附参考文献、程序。

六、思考题

1、通过理论分析和回放等说明滤波前后的信号变化

2、换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，进行上面的过程，分析变化；

3、通过使用randn函数产生随机噪声信号，并加到语音信号中得到被污染的语音信号叠加到原始的语音信号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适的滤波器，能够把噪声部分滤除。

【实验过程】

1、语音采样、时域波形、频域波形

%%
clear,clc;
[y,fs]=audioread('C:\Users\23321\Desktop\DSP\me.wav');
%语音信号的采集采样值放在向量y
subplot(3,1,1)
plot(y);
title('时域波形');
sound(y,fs);
n=length(y)%计算语音信号长度
Y=fft(y);%快速傅里叶
subplot(3,1,2)
plot(abs(Y));%频域波形
title('幅频特性');
subplot(3,1,3)
plot(angle(Y));
title('相频特性');

可以看出实信号的快速傅里叶变换关于n的一半（59829.5）成圆周偶对称

改变相频坐标轴为axis([0 200 -3 3])，可以更细致观察发现相频很杂。

2、延时

%%
%2.延时
clear,clc;
[y,fs]=audioread('C:\Users\23321\Desktop\DSP\me.wav');
n=length(y)
% 假设我们想要延时D个样本 
D = 120000; % 注意：这个值可能非常大，取决于音频长度和fs 
y1 = [zeros(D, 1); y]; % 只需在y前面插入D个零 
subplot(3,1,1)
plot(y1);
title('延时后时域波形');
sound(y1,fs);%延时后语音信号的播放
n1=length(y1)%计算延时后语音信号的长度
Y1=fft(y1);%对延时后信号进行快速傅里叶变换
subplot(3,1,2)%绘出延时后频域波形
plot(abs(Y1));
title('延时后幅频特性');
subplot(3,1,3)
plot(angle(Y1));
title('延时后相频特性');