重庆大学数字信号处理大作业报告.pdf

数字信号数字信号处处理理课课外外实验设计实验设计 音音频频采采样样和和频谱频谱混叠混叠课程名称：数字信号处理 院 系：通信工程学院 专 业：通信 01 班 年 级：2013 级 姓 名：叶汉霆 学 号：20134414 指导教师：吴华 实验时间：2015.11.26 重庆大学20134414 通信 01 班叶汉霆1一、一、实验目实验目的：的：1、熟悉 MATLAB 语言的基本用法；2、掌握 MATLAB 语言中音频数据与信息的读取与播放方法；3、掌握在 MATLAB 中设计滤波器的方法；4、掌握 MATLAB 语言中信号频谱的绘制方法。5、对采样定理进行初步验证，体会频谱混叠现象，并大致确定音频信号的最低采样频率。二、二、实验原理：实验原理：现实当中遇到的绝大多数信号都是连续的，即所谓的连续信号。如语音、图像、温度压力电流等都是模拟信号。要利用数字信号处理技术实现对这些信号的处理，需要借助对这些信号的处理，需要借助A/D转换，先将模拟信号转变为数字信号后才能利用数字技术对其进行加工处理。因此，采样是从连续到离散的桥梁。如果选择的采样频率太低，及fs=2fm,则对已采样信号进行恢复时不会产生失真，实验一中的采样频率 44100Hz2*20000Hz，因此采样后恢复的信号不失真，几乎和原始信号一致；第二问中采样频率 5512Hz 不满足与原始信号频率的 2 倍关系即采样定理的约束条件，因此频谱会出现混叠，采样后恢复的信号在高频处有失真，采样后的声音听起来也会出现混叠的效果，音质远远不如当采样频率为 44100Hz 时。对第三问对第三问,首先查阅资料可知，人能够发出的声音在 65Hz 到 1100Hz 之间，因此只有当 fs2200Hz 时频谱不会发生混叠，由此可以估计音频发生混叠的采样频率应该在2200Hz 左右。并且采样频率越低，混频现象应该越严重。见 Figure3-Figure7 分别用 44100Hz、8820 Hz、4410 Hz、2205 Hz、1470 Hz 五种采样频率对录音采样。由图形分析可知，当采样频率低于一定的频率时，采样频率越低，频谱的混叠现象越严重。另外，每个人声音频率高低还是有一定的差别，男生跟女生的高低音差别更大。所以在多次改变实验 Fs 值后，得知自己声音发生混频现象的临界值。20134414 通信 01 班叶汉霆15对第四问对第四问,首先采用老师所建议的加入女声后使用低通滤波器滤除女声，但是找过多位女生配合后，以及调整滤波器的截止频率多次，发现并不能完整的滤除另一个人的声音，只是能使音量减少，从而使滤除效果并不明显。查阅资料后，可知除去男女声高低不同以外，其实大部分人声其大部分频率接近，并不便于滤除。发现因此询问老师后，采用噪声环境录音的方法。我采用两种背景下录制声音，分别是人工高斯白噪声环境和实验室嘈杂环境，而对于第一种高斯白噪声环境下采用低通滤波的方法滤除噪声效果显著，而对于第二种实验室嘈杂环境，通过低通滤波器后只是滤除了录制时的背景噪声，而对于其余人声干扰则并未显著去除，原因如上段所说，在于人声大部分频率的接近。同时实验过程总结一下两点：（1）声道分离合并与组合立体声或双声道音频信号有左右两个声道，利用 MATLAB 实现双声道分离、两路声道合并和两个单声道组合成一个双声道等效果，实际上是利用了 MATLAB 的矩阵抽取、矩阵相加和矩阵重组运算。（2）采样率的改变在实际实验过程采样率的改变可用两种不同实现方式。一种是对已有音频处理采用 resample 函数降低采样率。resample 是抽取 decimate和插值 interp 的两个结合，Y=resample(X,B,A),其中 B 和 A 分别是降低后的采样率和原始的采样率，X 是输入变量，Y 是实现降低采样率后的输出变量。这在DSP_homework1 中使用到。另一种是通过不同采样率的录音，即通过 audiorecorder 函数建立录音对象，从而调节采样率的大小。这在 DSP_homework2 中使用到。20134414 通信 01 班叶汉霆16六、六、心得体会心得体会数字滤波中，由于设计的滤波器为低通滤波器，故滤波后，对高频有很大衰减。在满足采样定律条件下，实现数据抽取，在原采样率下波形变密、频谱变宽且幅度减半，但在新采样率下波形和频谱都很好。在语音信号处理过程中，MATLAB 兼顾了专用工具软件的简单性和计算机程序语言的灵活性,特别是处理效果的可视性和可感知，有利于理解语音信号处理的本质，有利于激发学习和研究兴趣，也有利于培养我们 MATLAB 软件的操作技能。