音頻信號分析及去噪

1、西南科技大學課 程 設 計 報 告課程名稱： 數(shù)字通信課程設計 設計名稱： 音頻信號的譜分析及去噪 姓 名： 學 號: 班 級： 通信0801 指導教師： 胥 磊 起止日期： 2011.6.21-2011.7.3 西南科技大學信息工程學院制課 程 設 計 任 務 書學生班級： 通信0801 學生姓名： 學號： 設計名稱： 音頻信號的譜分析及去噪 起止日期： 2011.6.21-2011.7.3 指導教師： 胥 磊 設計要求：基本要求：l 錄制一段音頻（如歌曲，說話聲等），采用matlab工具對此音頻信號用fft作譜分析。l 錄制一段加入噪聲的音頻（如在歌聲中加入尖銳的口哨聲或者其他噪聲），采用

2、matlab工具對此音頻信號用fft作譜分析。l 選擇合適的指標，設計fir數(shù)字濾波器，將音頻中加入的噪聲信號減弱或濾除。擴展要求：l 將處理后的音頻信號重新生成.wav文件，收聽該音頻，根據(jù)效果調(diào)整濾波器指標重新設計濾波器。課 程 設 計 學 生 日 志時間設計內(nèi)容6月28日查閱資料，明確題目內(nèi)涵6月29日錄制音頻，編寫程序6月30日檢查程序，再次確認設計正確與否。開始寫報告 7月4日復習于答辯課 程 設 計 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五課 程 設 計 評 語 表指導教師評語： 成績： 指導教師： 年 月 日音頻信號的譜分析及去噪一、 設計目的和意義1、錄制音頻，采用matla

3、b工具對此信號做譜分析。2、錄制一段加噪的信號，對加噪信號進行譜分析。3、選擇合適的指標對加噪信號進行濾波。4、學會使用wavread、wavwrite等函數(shù)。二、 設計原理1、 對于錄制的音頻信號的讀入可以使用函數(shù)wavread。由于音頻信號是連續(xù)的，故繪圖應用plot函數(shù)。使用函數(shù)fft可以得到音頻信號的頻譜圖。2、 由于音頻信號是連續(xù)且長度未知，故可以采用巴特沃斯濾波器。濾掉高頻部分的噪音，剩下的就是原信號了。3、 將去噪后的信號寫成wav格式的文件可以使用wavwrite函數(shù)。三、 詳細設計步驟l 錄制一段音頻（如歌曲，說話聲等），采用matlab工具對此音頻信號用fft作譜分析。1、

4、 錄制一段音頻信號并命名為fl.wav存放在課程設計1的文件夾中。2、 使用wavread函數(shù)讀出此信號。3、 用函數(shù)fft進行傅里葉變換，得到頻譜圖。4、 繪制時域圖和頻域圖。l 錄制一段加入噪聲的音頻（如在歌聲中加入尖銳的口哨聲或者其他噪聲），采用matlab工具對此音頻信號用fft作譜分析。1、 重新錄制1中的音頻文件，錄制時加入噪聲信號。2、使用wavread函數(shù)讀出此信號。3、用函數(shù)fft進行傅里葉變換，得到頻譜圖。4、繪制時域圖和頻域圖。l 選擇合適的指標，設計fir數(shù)字濾波器，將音頻中加入的噪聲信號減弱或濾除。擴展要求：1、 根據(jù)2得到的頻譜圖，選擇合適的通帶截止頻率和阻帶截止頻

5、率。根據(jù)上述指標設計出合適的濾波器，將信號通過濾波器，得到去噪后的信號。濾波函數(shù)可用fftfilt。l 將處理后的音頻信號重新生成.wav文件，收聽該音頻，根據(jù)效果調(diào)整濾波器指標重新設計濾波器。1、 使用wavwrite函數(shù)將去噪后的函數(shù)重新生成wav格式的音頻文件。2、 播放音頻文件，根據(jù)效果修改濾波器中的參數(shù)，直到得到與原信號幾乎相同的音頻文件。設計程序見附件。附程序：附件%得到無噪聲的原始信號和有噪聲的加噪信號 clc clear for n = 1 : 999% a(n) = sin(0.5906*n)+sin(1.0245*n)a(n)=sin(0.5906*n); %無噪聲信號 b

6、(n)=sin(1.0245*n); end; a=a/2; sound(a); b=conv(a,b/2); %加噪 sound(b); wavwrite(a,a.wav); %寫文件 wavwrite(b,b.wav);%沒有噪聲的音頻信號fft分析clcy,fs,nbit=wavread(a.wav); %讀信號sound(y);y=fft(y); %傅里葉變換hg=abs(y);figure(1);subplot(2,1,1);plot(hg); %繪圖xlabel(k);ylabel(|x(k)|);title(無噪聲譜分析);% axis(0 1000 0 400);subplot

7、(2,1,2);plot(y);xlabel(t);ylabel(y);title(原信號);%有噪聲的音頻信號做fft分析clcx,fs,nbit=wavread(b.wav); %讀信號sound(x);x=fft(x); %傅里葉變換hg2=abs(x); %幅頻響應figure(2);subplot(2,1,1);plot(hg2); %繪頻域圖xlabel(k);ylabel(|x(k)|);title(有噪聲譜分析);subplot(2,1,2);plot(x); %繪時域圖xlabel(t);ylabel(y);title(有噪信號); %子函數(shù)用凱澤窗設計的低通濾波器funct

8、ion h=ditong(rs,wp,wst) dert_w=wst-wp;n=ceil(10*pi/dert_w)+1);beta=0.5842*(rs-21)0.4+0.07886*(rs-21);hd=ideal(wst-wp)/2,n); b=kaiser(n,beta); h=hd.*(b); %加窗后h,m=freqz(h,1,1024,whole); %獲取頻率響應mag=abs(h); %幅值db=20*log10(mag+eps)/max(mag); %分貝數(shù)pha=angle(h); %相位%繪圖w=m/pi;figure(4);subplot(2,1,1);plot(w,

9、mag);xlabel(w);ylabel(h);title(加窗后幅度響應);subplot(2,1,2);plot(w,db);xlabel(w);ylabel(db);title(分貝數(shù));axis(0 1 -100 0);%濾波，還原信號clcy,fs,nbit=wavread(b.wav);rs=70; %濾波器指標wp=0.3*pi; wst=0.6*pi;b=ditong(rs,wp,wst);y=fft(y,1024);x=fftfilt(b,y); %濾波x=fft(x,1024); %傅里葉變換sound(x);figure(3); %繪圖subplot(2,1,1);pl

10、ot(x);title(還原后的音頻波形);xlabel(t);ylabel(x);subplot(2,1,2);plot(abs(x);title(濾波還原后信號的頻譜);xlabel(k);ylabel(x(k);wavwrite(x,huanyuan.wav); %寫信號到文件huanyuan.wavm,fs=wavread(huanyuan.wav);sound(m);四、 設計結果及分析1、由于錄制的音頻信號加的噪聲總是不理想，于是自己制作了兩個音頻文件a.wav和b.wav。其中a.wav是沒有噪聲的，b.wav是加了其他頻率的噪聲的信號。其頻譜及時域信號如圖1、圖2所示。圖1圖2

11、2、設計濾波器.。由于要求用fir濾波器，故可以使用窗函數(shù)設計濾波器。凱澤窗的衰減特性最好，故選擇凱澤窗設計濾波器。根據(jù)圖2得到的頻譜圖可以確定濾波器的通帶截止頻率可以在0.3附近，阻帶截止頻率可以在0.6附近。濾波器的幅度響應如圖3所示。圖33、將加噪后的信號通過濾波器，恢復原信號。通過濾波器的函數(shù)是fftfilt。通過濾波器后得到的頻譜圖及還原的信號見圖4.圖44、將還原后的信號生成wav文件。用函數(shù)wavwrite().寫到文件huanyuan.wav中，打開huanyuan.wav文件，音收聽頻信號正常與否，若不正常，更改濾波器指數(shù)，繼續(xù)設計。五、 體會這個設計相對較為簡單，有很多類似的程序。比較為難的是，錄制音頻信號總是不能理想。難以在語音信號上在加上頻率較高的信號，最后，我的解決辦法是，自己制作語音信號，由于是自己制作，所以只有“滴”的一聲。這就是很大的缺陷。另外，我認為在本次試驗中最重要的就是濾波