语音信号处理与及其MATLAB实现分析

语音信号处理与及其MATLAB实现分析
语音信号处理与及其MATLAB实现分析

目录

摘要 (2)

第一章绪论 (3)

1.1 语音课设的意义 (3)

1.2 语音课设的目的与要求 (3)

1.3 语音课设的基本步骤 (3)

第二章设计方案论证 (5)

2.1 设计理论依据 (5)

2.1.1 采样定理 (5)

2.1.2 采样频率 (5)

2.1.3 采样位数与采样频率 (5)

2.2 语音信号的分析及处理方法 (6)

2.2.1 语音的录入与打开 (6)

2.2.2 时域信号的FFT分析 (6)

2.2.3 数字滤波器设计原理 (7)

2.2.4 数字滤波器的设计步骤 (7)

2.2.5 IIR滤波器与FIR滤波器的性能比较 (7)

第三章图形用户界面设计 (8)

3.1 图形用户界面概念 (8)

3.2 图形用户界面设计 (8)

3.3 图形用户界面模块调试 (9)

3.3.1 语音信号的读入与打开 (9)

3.3.2 语音信号的定点分析 (9)

3.3.3 N阶高通滤波器 (11)

3.3.4 N阶低通滤波器 (12)

3.3.5 2N阶带通滤波器 (13)

3.3.6 2N阶带阻滤波器 (14)

3.4 图形用户界面制作 (15)

第四章总结 (18)

附录 (19)

参考文献 (24)

摘要

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域,这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域,这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点,这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT),是DFT使信号在数字域和频域都实现了离散化,从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT),FFT的出现大大减少了DFT的运算量,使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。

MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++ ,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。

第一章绪论

1.1 语音课设的意义

语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程,语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。语言是人类特有的功能,它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段,没有语言就没有今天的人类文明。语音是语言的声学表现,是相互传递信息的最重要的手段,是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科,它是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。

1.2 语音课设的目的与要求

本次课程设计的目的是利用MATLAB对语音信号进行数字信号处理和分析,要求学生采集语音信号后,在MATLAB软件平台进行频谱分析;并对所采集的语音信号加入干扰噪声,对加入噪声的信号进行频谱分析,设计合适的滤波器滤除噪声,恢复原信号。

要求利用MATLAB来读入(采集)语音信号,将它赋值给某一向量。再将该向量看作一个普通的信号,对其进行FFT变换实现频谱分析,再依据实际情况对它进行滤波。然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放,以便在听觉上来感受声音的变化。

1.3 语音课设的基本步骤

1.理论依据

根据设计要求分析系统功能,掌握设计中所需理论(采样频率、采样位数的概念,采样定理;时域信号的FFT分析;数字滤波器设计原理和方法,各种不同类型滤波器的性能比较),阐明设计原理。

2.信号采集

采集语音信号,并对其进行FFT频谱分析,画出信号的时域波形图和频谱图。

3.构造受干扰信号并对其进行FFT频谱分析

对所采集的语音信号加入干扰噪声,对语音信号进行回放,感觉加噪前后声音的变化,分析原因,得出结论。并对其进行FFT频谱分析,比较加噪前后语音信号的波形及频谱,对所得结果进行分析,阐明原因,得出结论。

4.数字滤波器设计

根据待处理信号特点,设计合适数字滤波器,绘制所设计滤波器的幅频和相频特性。

5.信号处理

用所设计的滤波器对含噪语音信号进行滤波。对滤波后的语音信号进行FFT 频谱分析。画出处理过程中所得各种波形及频谱图。

对语音信号进行回放,感觉滤波前后声音的变化。比较滤波前后语音信号的波形及频谱,对所得结果和滤波器性能进行频谱分析,阐明原因,得出结论。6.设计图形用户界面

设计处理系统的用户界面,在所设计的系统界面上可以选择滤波器的参数,显示滤波器的频率响应,选择信号等。

第二章设计方案论证

2.1 设计理论依据

2.1.1 采样定理

在进行模拟/数字信号的转换过程中,当采样频率fs.max大于信号中最高频率fmax的2倍时,即:fs.max>=2fmax,则采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍;采样定理又称奈奎斯特定理。

1924年奈奎斯特(Nyquist)就推导出在理想低通信道的最高大码元传输速率的公式:

理想低通信道的最高大码元传输速率=2W*log2 N (其中W是理想低通信道的带宽,N是电平强度)

2.1.2 采样频率

采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的音质、音调,衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高,即采样的间隔时间越短,则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多,对声音波形的表示也越精确。采样频率与声音频率之间有一定的关系,根据奎斯特理论,只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时,才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。

2.1.3 采样位数与采样频率

采样位数即采样值或取样值,用来衡量声音波动变化的参数,是指声卡在采集和播放声音文件时所使用数字声音信号的二进制位数。

采样位数和采样率对于音频接口来说是最为重要的两个指标,也是选择音频接口的两个重要标准。无论采样频率如何,理论上来说采样的位数

决定了音频数据最大的力度范围。每增加一个采样位数相当于力度范围增加了6dB。采样位数越多则捕捉到的信号越精确。对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机,44.1kHz意味着音频流进入计算机时计算机每秒会对其拍照达441000次。显然采样率越高,计算机摄取的图片越多,对于原始音频的还原也越加精确。

2.2 语音信号的分析及处理方法

2.2.1 语音的录入与打开

在MATLAB中,[y,fs,bits]=wavread('Blip',[N1 N2]);用于读取语音,采样值放在向量y中,fs表示采样频率(Hz),bits表示采样位数。[N1 N2]表示读取从N1点到N2点的值(若只有一个N的点则表示读取前N点的采样值)。

sound(x,fs,bits); 用于对声音的回放。向量y则就代表了一个信号(也即一个复杂的“函数表达式”)也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。

2.2.2 时域信号的FFT分析

FFT即为快速傅氏变换,是离散傅氏变换的快速算法,它是根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性,对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的。

在MATLAB的信号处理工具箱中函数FFT和IFFT用于快速傅立叶变换和逆变换。函数FFT用于序列快速傅立叶变换,其调用格式为y=fft(x),其中,x是序列,y是序列的FFT,x可以为一向量或矩阵,若x为一向量,y是x的FFT且和x相同长度;若x为一矩阵,则y是对矩阵的每一列向量进行FFT。如果x长度是2的幂次方,函数fft执行高速基-2FFT算法,否则fft执行一种混合基的离散傅立叶变换算法,计算速度较慢。函数FFT的另一种调用格式为y=fft(x,N),式中,x,y意义同前,N为正整数。函数执行N点的FFT,若x为向量且长度小于N,则函数将x补零至长度N;若向量x的长度大于N,则函数截短x使之长度为N;若x 为矩阵,按相同方法对x进行处理。

2.2.3 数字滤波器设计原理

数字滤波是数字信号分析中最重要的组成部分之一,与模拟滤波相比,它具有精度和稳定性高、系统函数容易改变、灵活性强、便于大规模集成和可实现多维滤波等优点。在信号的过滤、检测和参数的估计等方面,经典数字滤波器是使用最广泛的一种线性系统。

数字滤波器的作用是利用离散时间系统的特性对输入信号波形(或频谱)进行加工处理,或者说利用数字方法按预定的要求对信号进行变换。

2.2.4 数字滤波器的设计步骤

不论是IIR滤波器还是FIR滤波器的设计都包括三个步骤:

(1) 按照实际任务的要求,确定滤波器的性能指标。

(2) 用一个因果、稳定的离散线性时不变系统的系统函数去逼近这一性能指标。根据不同的要求可以用IIR系统函数,也可以用FIR系统函数去逼近。

(3) 利用有限精度算法实现系统函数,包括结构选择、字长选择等。

2.2.5 IIR滤波器与FIR滤波器的性能比较

FIR:Finite Impulse response,有限冲击响应

IIR:Infinite Impulse response,无限冲击响应

从性能上来说,IIR滤波器传输函数的极点可位于单位圆内的任何地方,因此可用较低的阶数获得高的选择性,所用的存贮单元少,所以经济而效率高。但是这个高效率是以相位的非线性为代价的。选择性越好,则相位非线性越严重。相反,FIR滤波器却可以得到严格的线性相位,然而由于FIR滤波器传输函数的极点固定在原点,所以只能用较高的阶数达到高的选择性;对于同样的滤波器设计指标,FIR滤波器所要求的阶数可以比IIR滤波器高5~10倍,结果,成本较高,信号延时也较大;如果按相同的选择性和相同的线性要求来说,则IIR滤波器就必须加全通网络进行相位较正,同样要大增加滤波器的节数和复杂性。

整体来看,IIR滤波器达到同样效果阶数少,延迟小,但是有稳定性问题,非线性相位;FIR滤波器没有稳定性问题,线性相位,但阶数多,延迟大

第三章图形用户界面设计

3.1 图形用户界面概念

图形用户界面或图形用户接口(Graphical User Interface,GUI)是指采用图形方式显示的计算机操作环境用户接口。与早期计算机使用的命令行界面相比,图形界面对于用户来说更为简便易用。

GUIDE是Matlab提供的图形用户界面开发环境,提供了一系列用于创建图形用户界面的工具,从而简化界面布局和编程工作。

3.2 图形用户界面设计

1.GUI设计模板

在MATLAB主窗口中,选择File菜单中的New菜单项,再选择其中的GUI 命令,就会显示图形用户界面的设计模板。

MATLAB为GUI设计一共准备了4种模板,分别是Blank GUI(默认) 、GUI with Uicontrols(带控件对象的GUI模板) 、GUI with Axes and Menu(带坐标轴与菜单的GUI模板)与Modal Question Dialog(带模式问话对话框的GUI模板)。

当用户选择不同的模板时,在GUI设计模板界面的右边就会显示出与该模板对应的GUI图形。

2.GUI设计窗口

在GUI设计模板中选中一个模板,然后单击OK按钮,就会显示GUI设计窗口。选择不同的GUI设计模式时,在GUI设计窗口中显示的结果是不一样的。

GUI设计窗口由菜单栏、工具栏、控件工具栏以及图形对象设计区等部分组成。GUI设计窗口的菜单栏有File、Edit、View、Layout、Tools和Help 6个菜单项,使用其中的命令可以完成图形用户界面的设计操作。

3.GUI设计窗口的基本操作

在GUI设计窗口创建图形对象后,通过双击该对象,就会显示该对象的属性编辑器。例如,创建一个Push Button对象,并设计该对象的属性值。

3.3 图形用户界面模块调试

3.3.1 语音信号的读入与打开

下面的一段程序是语音信号在MATLAB中的最简单表现,它实现了语音的读入打开,以及绘出了语音信号的波形频谱图。

[x,fs,bits]=wavread('ding.wav',[1024 5120]);

sound(x,fs,bits);

X=fft(x,4096);

magX=abs(X);

angX=angle(X);

subplot(221);plot(x);title('原始信号波形');

subplot(222);plot(X); title('原始信号频谱');

subplot(223);plot(magX);title('原始信号幅值');

subplot(224);plot(angX);title('原始信号相位');

程序运行可以听到声音,得到的结果如图3-1所示:

图3-1 语音信号的读入与打开

3.3.2 语音信号的定点分析

已知一个语音信号,数据采样频率为100Hz,试分别绘制N=128点DFT的

幅频图和N=1024点DFT幅频图。编程如下:x=wavread('ding.wav');

sound(x);

fs=100;N=128;

y=fft(x,N);

magy=abs(y);

f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);

subplot(221);plot(f,magy);

xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');

title('N=128(a)');grid

subplot(222);plot(f(1:N/2),magy(1:N/2));

xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');

title('N=128(b)');grid

fs=100;N=1024;

y=fft(x,N);

magy=abs(y);

f=(0:length(y)-1)'*fs/length(y);

subplot(223);plot(f,magy);

xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');

title('N=1024(c)');grid

subplot(224);plot(f(1:N/2),magy(1:N/2));

xlabel('频率(Hz)');ylabel('幅值');

title('N=1024(d)');grid

运行结果如图3-2所示:

图3-2 语音信号定点分析

3.3.3 N阶高通滤波器

在这里,以5阶为例,其中wc为其3dB边缘频率,程序设计如下:x=wavread('ding.wav');

sound(x);

N=5;wc=0.3;

[b,a]=butter(N,wc,'high');

X=fft(x);

subplot(321);plot(x);title('滤波前信号的波形');

subplot(322);plot(X);title('滤波前信号的频谱');

y=filter(b,a,x);

Y=fft(y);

subplot(323);plot(y);title('IIR滤波后信号的波形');

subplot(324);plot(Y);title('IIR滤波后信号的频谱');

z=fftfilt(b,x);

Z=fft(z);

subplot(325);plot(z);title('FIR滤波后信号的波形');

subplot(326);plot(Z);title('FIR滤波后信号的频谱');

得到结果如图3-3所示:

图3-3 N阶高通滤波器

3.3.4 N阶低通滤波器

在这里,同样以5阶为例,其中wc为其3dB边缘频率,程序设计如下:x=wavread('ding.wav');

sound(x);

N=5;wc=0.3;

[b,a]=butter(N,wc);

X=fft(x);

subplot(321);plot(x);title('滤波前信号的波形');

subplot(322);plot(X);title('滤波前信号的频谱');

y=filter(b,a,x);

Y=fft(y);

subplot(323);plot(y);title('IIR滤波后信号的波形');

subplot(324);plot(Y);title('IIR滤波后信号的频谱');

z=fftfilt(b,x);

Z=fft(z);

subplot(325);plot(z);title('FIR滤波后信号的波形');

subplot(326);plot(Z);title('FIR滤波后信号的频谱');

得到结果如图3-4所示:

图3-4 N阶低通滤波器

3.3.5 2N阶带通滤波器

2N阶带通滤波器的设计(在这里,以10阶为例,其中wc为其3dB边缘频率,wc=[w1,w2],w1 wc w2),程序设计如下:

x=wavread('ding.wav');

sound(x);

N=5;wc=[0.3,0.6];

[b,a]=butter(N,wc);

X=fft(x);

subplot(321);plot(x);title('滤波前信号的波形');

subplot(322);plot(X);title('滤波前信号的频谱');

y=filter(b,a,x);

Y=fft(y);

subplot(323);plot(y);title('IIR滤波后信号的波形');

subplot(324);plot(Y);title('IIR滤波后信号的频谱');

z=fftfilt(b,x);

Z=fft(z);

subplot(325);plot(z);title('FIR滤波后信号的波形');

subplot(326);plot(Z);title('FIR滤波后信号的频谱');

得到结果如图3-5所示:

图3-5 带通滤波器

3.3.6 2N阶带阻滤波器

2N阶带阻滤波器的设计(在这里,以10阶为例,其中wc为其3dB边缘频率,wc=[w1,w2],w1 wc w2),程序设计如下:

x=wavread('ding.wav');

sound(x);

N=5;wc=[0.2,0.7];

[b,a]=butter(N,wc,'stop');

X=fft(x);

subplot(321);plot(x);title('滤波前信号的波形');

subplot(322);plot(X);title('滤波前信号的频谱');

y=filter(b,a,x);

Y=fft(y);

subplot(323);plot(y);title('IIR滤波后信号的波形');

subplot(324);plot(Y);title('IIR滤波后信号的频谱');

z=fftfilt(b,x);

Z=fft(z);

subplot(325);plot(z);title('FIR滤波后信号的波形');

subplot(326);plot(Z);title('FIR滤波后信号的频谱');

得到结果如图3-6所示:

图3-6 带阻滤波器

3.4 图形用户界面制作

MATLAB中图形用户界面的制作有两种方法:M文件和GUIDE,本设计采用GUIDE的方法制作GUI。

1.新建一个空白GUI模板:进入MATLAB程序界面以后执行File→New→GUI 过程,即可进入

2.选择空白模板选项条,单击OK,一个空白GUI模板生成

3.拖拉白色框的右下角调整界面大小,现在就可以开始设计GUI功能界面了。从左边控件框选择所需要的控件放置在GUI面板中,然后对各个控件进行编辑,包括位置、大小、颜色、名称以及编写回调函数等。本设计主要用到下拉菜单、坐标系、框架和按钮,现分别介绍。

4.按钮设计:按钮键又称命令按钮或按钮,是小的长方形屏幕对象,常常在对象本身标有文本。将鼠标指针移至对象,单击鼠标按钮执行由回调字符串所定

义的动作。

单击空间框左侧的Push Button按钮,在图形编辑框中确定其位置后单击鼠标左键即可放置

现在开始编写回调函数,确定按钮功能。在按钮上单击鼠标右键,选择view - callbacks→callback即可在M文件中找到该按钮的回调函数位置。然后编写功能函数,本设计中该按钮的功能是绘制原始波形,那么只需要读取语音信号并画出波形。

5.坐标系设计:坐标轴对象是许多图形对象的父对象,每一个可视化显示用户数据的图形窗口都包含一个或多个坐标轴对象。坐标轴对象确定了图形窗口的坐标系统,所有绘图函数都会使用当前坐标轴对象或创建一个新的坐标轴对象,用于确定其绘图数据点在图形中的位置。

单击空间框左侧的Axes按钮,在图形编辑框中确定其位置后单击鼠标左键即可放置

6.框架设计:框架对象仅是带色彩的矩形区域,框架提供了视觉的分隔性,框架的style属性值是Frame。在其他对象放入框架之前,框架应事先定义,否则框架可能覆盖控制框使他们不可见。

本次课程设计的最终图形用户界面如图3-7所示

图3-7 图形用户界面

第四章总结

本设计圆满的完成了对语音信号的读取与打开,与课题的要求十分相符;

本设计也较好的完成了对语音信号的频谱分析,通过fft变换,得出了语音信号的频谱图;

在滤波这一块,课题主要是从巴特沃斯滤波器入手来设计滤波器,也从一方面基本实现了滤波;

初略的完成了界面的设计,但也存在相当的不足,只是很勉强的达到了打开语音文件、显示已定滤波前后的波形等图。

语音信号处理是语音学与数字信号处理技术相结合的交叉学科,课题在这里不讨论语音学,而是将语音当做一种特殊的信号,即一种“复杂向量”来看待。也就是说,课题更多的还是体现了数字信号处理技术。

从课题的中心来看,课题是希望将数字信号处理技术应用于某一实际领域,这里就是指对语音的处理。作为存储于计算机中的语音信号,其本身就是离散化了的向量,我们只需将这些离散的量提取出来,就可以对其进行处理了。

在这里,用到了处理数字信号的强有力工具MATLAB,通过MATLAB里几个命令函数的调用,很轻易的在实际化语音与数字信号的理论之间搭了一座桥。

课题的特色在于它将语音看作了一个向量,于是语音数字化了,则可以完全利用数字信号处理的知识来解决。我们可以像给一般信号做频谱分析一样,来给语音信号做频谱分析,也可以较容易的用数字滤波器来对语音进行滤波处理。

最后,还利用了MATLAB的另一强大功能——gui界面设计。设计出了一个简易的用户应用界面,可以让人实现界面操作。更加方便的进行语音的频谱分析与滤波处理。

但由于知识能力有限,当中也存在相当的不足,特别体现在滤波与界面设计这一块。对滤波的研究,本文只是举出了很小的一个方面,还有许多精髓都未能一一列举。至于用户界面的设计,由于笔者是初次接触,也未能有特别的掌握,仅就刚学习到的一些加以运用,于是设计的还是很粗燥。当然,这些问题与不足在今后的进一步学习中,我会一步一步的去进行解决。特别是对gui界面的设计,还有特别多的地方要学习。

附录

程序源代码:

function varargout = my(varargin)

% MY M-file for my.fig

% MY, by itself, creates a new MY or raises the existing

% singleton*.

%

% H = MY returns the handle to a new MY or the handle to

% the existing singleton*.

%

% MY('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in MY.M with the given input arguments.

%

% MY('Property','Value',...) creates a new MY or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are

% applied to the GUI before my_OpeningFcn gets called. An

% unrecognized property name or invalid value makes property application

% stop. All inputs are passed to my_OpeningFcn via varargin.

%

% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one

% instance to run (singleton)".

%

% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES

% Edit the above text to modify the response to help my

% Last Modified by GUIDE v2.5 02-Jul-2009 15:21:29

% Begin initialization code - DO NOT EDIT

gui_Singleton = 1;

gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...

'gui_Singleton', gui_Singleton, ...

'gui_OpeningFcn', @my_OpeningFcn, ...

'gui_OutputFcn', @my_OutputFcn, ...

'gui_LayoutFcn', [] , ...

'gui_Callback', []);

if nargin && ischar(varargin{1})

gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});

end

if nargout

[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

else

gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});

end

% End initialization code - DO NOT EDIT

% --- Executes just before my is made visible.

function my_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)

% This function has no output args, see OutputFcn.

% hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% varargin command line arguments to my (see VARARGIN)

% Choose default command line output for my

handles.output = hObject;

% Update handles structure

guidata(hObject, handles);

% UIWAIT makes my wait for user response (see UIRESUME)

% uiwait(handles.figure1);

% --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = my_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)

% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject handle to figure

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Get default command line output from handles structure

varargout{1} = handles.output;

% --- Executes on button press in input.

function input_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to input (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) global I;

global X;

global magX;

global angX;

H={'*.wav'};

[filename,pathname]=uigetfile(H,'请选择打开文件');

file=strcat(pathname,filename);

I=wavread(file);

X=fft(I,4096);

magX=abs(X);

angX=angle(X);

subplot(221);plot(I);title('原始信号波形');

subplot(222);plot(X); title('原始信号频谱');

subplot(223);plot(magX);title('原始信号幅值');

subplot(224);plot(angX);title('原始信号相位');

语音信号处理与及其MATLAB实现分析

目录 摘要 (2) 第一章绪论 (3) 1.1 语音课设的意义 (3) 1.2 语音课设的目的与要求 (3) 1.3 语音课设的基本步骤 (3) 第二章设计方案论证 (5) 2.1 设计理论依据 (5) 2.1.1 采样定理 (5) 2.1.2 采样频率 (5) 2.1.3 采样位数与采样频率 (5) 2.2 语音信号的分析及处理方法 (6) 2.2.1 语音的录入与打开 (6) 2.2.2 时域信号的FFT分析 (6) 2.2.3 数字滤波器设计原理 (7) 2.2.4 数字滤波器的设计步骤 (7) 2.2.5 IIR滤波器与FIR滤波器的性能比较 (7) 第三章图形用户界面设计 (8) 3.1 图形用户界面概念 (8) 3.2 图形用户界面设计 (8) 3.3 图形用户界面模块调试 (9) 3.3.1 语音信号的读入与打开 (9) 3.3.2 语音信号的定点分析 (9) 3.3.3 N阶高通滤波器 (11) 3.3.4 N阶低通滤波器 (12) 3.3.5 2N阶带通滤波器 (13) 3.3.6 2N阶带阻滤波器 (14) 3.4 图形用户界面制作 (15) 第四章总结 (18) 附录 (19) 参考文献 (24)

摘要 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。 数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域,这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域,这是通过数模转换器实现的。 数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点,这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。 数字信号处理的核心算法是离散傅立叶变换(DFT),是DFT使信号在数字域和频域都实现了离散化,从而可以用通用计算机处理离散信号。而使数字信号处理从理论走向实用的是快速傅立叶变换(FFT),FFT的出现大大减少了DFT的运算量,使实时的数字信号处理成为可能、极大促进了该学科的发展。 MATLAB是矩阵实验室(Matrix Laboratory)的简称,和Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。 MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++ ,JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。

基于MATLAB的(7_4)汉明码编译码设计与仿真结果分析

通信原理课程设计报告书 课题名称 基于MATLAB 的(7,4)汉明码编 译码设计与仿真结果分析 姓 名 学 号 学 院 通信与电子工程学院 专 业 通信工程 指导教师 ※※※※※※※※※ ※ ※ ※※ ※ ※ 2009级通信工程专业 通信原理课程设计

2011年 12月 23日 一、设计任务及要求: 设计任务: 利用MATLAB编程,实现汉明码编译码设计。理解(7,4)汉明码的构造原理,掌握(7,4)汉明码的编码和译码的原理和设计步骤。并对其性能进行分析。要求: 通过MATLAB编程,设计出(7,4)汉明码的编码程序,编码后加入噪声,然后译码,画出信噪比与误比特数和信噪比与误比特率的仿真图,然后对其结果进行分析 指导教师签名: 2011年12月23日 二、指导教师评语: 指导教师签名: 年月日 三、成绩 验收盖章 年月日

基于MATLAB 的(7,4)汉明码编译码设计 与仿真结果分析 1 设计目的 (1)熟悉掌握汉明码的重要公式和基本概念。 (2)利用MATLAB 编程,实现汉明码编译码设计。 (3)理解(7,4)汉明码的构造原理,掌握(7,4)汉明码的编码和译码的原理和设计步骤。 (4)对其仿真结果进行分析。 2 设计要求 (1)通过MATLAB 编程,设计出(7,4)汉明码的编码程序。 (2)编码后加入噪声,然后译码,画出信噪比与误比特数和信噪比与误比特率的仿真图。 (3)然后对其结果进行分析。 3 设计步骤 3.1 线性分组码的一般原理 线性分组码的构造 3.1.1 H 矩阵 根据(7, 4)汉明码可知一般有 现在将上面它改写为 上式中已经将“⊕”简写成“+”。 上式可以表示成如下矩阵形式: ??? ??=⊕⊕⊕=⊕⊕⊕=⊕⊕⊕0 000346 13562456a a a a a a a a a a a a ?? ? ?? =?+?+?+?+?+?+?=?+?+?+?+?+?+?=?+?+?+?+?+?+?010011010010101100010111012345601234560123456a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a a (1) (2)

基于Matlab的语音信号处理与分析

系(院)物理与电子工程学院专业电子信息工程题目语音信号的处理与分析 学生姓名 指导教师 班级 学号 完成日期:2013 年5 月 目录 1 绪论.............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1课题背景及意义................................................................................. 错误!未定义书签。 1.2国内外研究现状................................................................................. 错误!未定义书签。 1.3本课题的研究内容和方法................................................................. 错误!未定义书签。 1.3.1 研究内容................................................................................ 错误!未定义书签。 1.3.2 开发环境................................................................................ 错误!未定义书签。 2 语音信号处理的总体方案............................................................................ 错误!未定义书签。 2.1 系统基本概述.................................................................................... 错误!未定义书签。 2.2 系统基本要求与目的........................................................................ 错误!未定义书签。 2.3 系统框架及实现................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3.1 语音信号的采样.................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.2 语音信号的频谱分析............................................................ 错误!未定义书签。 2.3.3 音乐信号的抽取.................................................................... 错误!未定义书签。 2.3.4 音乐信号的AM调制.............................................................. 错误!未定义书签。 2.3.5 AM调制音乐信号的同步解调............................................... 错误!未定义书签。 2.4系统设计流程图................................................................................. 错误!未定义书签。 3 语音信号处理基本知识................................................................................ 错误!未定义书签。 3.1语音的录入与打开............................................................................. 错误!未定义书签。 3.2采样位数和采样频率......................................................................... 错误!未定义书签。 3.3时域信号的FFT分析......................................................................... 错误!未定义书签。 3.4切比雪夫滤波器................................................................................. 错误!未定义书签。 3.5数字滤波器设计原理......................................................................... 错误!未定义书签。 4 语音信号实例处理设计................................................................................ 错误!未定义书签。 4.1语音信号的采集................................................................................. 错误!未定义书签。

基于matlab的gold码的生成及相关性分析

clc; N=7; %以7级寄存器为例,并组其中的一组优选对:211,,217 connections=gfprimfd(N,'all'); f1=connections(4,:); %取一组本原多项式序列,211 f2=connections(16,:); %取另一组本原多项式序列,217 registers1=[0 0 0 0 0 0 1];%给定寄存器的初始状态 registers2=[0 0 0 0 0 0 1];%取相同的初始状态 L=2^N-1; %周期长度 sum2=0; sum1=0; for k=1:L seq1(k)=registers1(N); %第一组m序列 seq2(k)=registers2(N); %第二组序列 for j=1:N %进行模2加 sum1=sum1+f1(j+1)*registers1(j); %各级寄存器送参与模2加的值sum1=mod(sum1,2); sum2=sum2+f2(j+1)*registers2(j); %各级寄存器送参与模2加的值sum2=mod(sum2,2); end for t=N:-1:2 %寄存器移位 registers1(t)=registers1(t-1); registers2(t)=registers2(t-1); end registers1(1)=sum1; registers2(1)=sum2; sum2=0; sum1=0; end disp(f1); disp(f2); z=seq1+seq2; %m序列的相加 gold=mod(z,2); %模2运算 gold=1-2*gold; %转换为2值电平 disp(gold); R=xcorr(gold,'unbiased'); %自相关 R=R/max(R); %归一化 figure;plot(R);title('gold序列的自相关函数'); s=fftshift(abs(fft(gold,2*L)).^2); %求功率谱 s=s/max(s); figure;plot(s);title('gold序列的功率谱');

matlab建立多元线性回归模型并进行显著性检验及预测问题

matlab建立多元线性回归模型并进行显着性检验及预测问题 例子; x=[143 145 146 147 149 150 153 154 155 156 157 158 159 160 162 164]'; X=[ones(16,1) x]; 增加一个常数项Y=[88 85 88 91 92 93 93 95 96 98 97 96 98 99 100 102]'; [b,bint,r,rint,stats]=regress(Y,X) 得结果:b = bint = stats = 即对应于b的置信区间分别为[,]、[,]; r2=, F=, p= p<, 可知回归模型y=+ 成立. 这个是一元的,如果是多元就增加X的行数! function [beta_hat,Y_hat,stats]=regress(X,Y,alpha) % 多元线性回归(Y=Xβ+ε)MATLAB代码 %? % 参数说明 % X:自变量矩阵,列为自变量,行为观测值 % Y:应变量矩阵,同X % alpha:置信度,[0 1]之间的任意数据 % beta_hat:回归系数 % Y_beata:回归目标值,使用Y-Y_hat来观测回归效果 % stats:结构体,具有如下字段 % =[fV,fH],F检验相关参数,检验线性回归方程是否显着 % fV:F分布值,越大越好,线性回归方程越显着 % fH:0或1,0不显着;1显着(好) % =[tH,tV,tW],T检验相关参数和区间估计,检验回归系数β是否与Y有显着线性关系 % tV:T分布值,beta_hat(i)绝对值越大,表示Xi对Y显着的线性作用% tH:0或1,0不显着;1显着 % tW:区间估计拒绝域,如果beta(i)在对应拒绝区间内,那么否认Xi对Y显着的线性作用 % =[T,U,Q,R],回归中使用的重要参数 % T:总离差平方和,且满足T=Q+U % U:回归离差平方和 % Q:残差平方和 % R∈[0 1]:复相关系数,表征回归离差占总离差的百分比,越大越好% 举例说明 % 比如要拟合y=a+b*log(x1)+c*exp(x2)+d*x1*x2,注意一定要将原来方程线化% x1=rand(10,1)*10; % x2=rand(10,1)*10; % Y=5+8*log(x1)+*exp(x2)+*x1.*x2+rand(10,1); % 以上随即生成一组测试数据 % X=[ones(10,1) log(x1) exp(x2) x1.*x2]; % 将原来的方表达式化成Y=Xβ,注意最前面的1不要丢了

语音信号处理试验教程

语音信号处理试验 实验一:语音信号时域分析 实验目的: (1)录制两段语音信号,内容是“语音信号处理”,分男女声。 (2)对语音信号进行采样,观察采样后语音信号的时域波形。 实验步骤: 1、使用window自带录音工具录制声音片段 使用windows自带录音机录制语音文件,进行数字信号的采集。启动录音机。录制一段录音,录音停止后,文件存储器的后缀默认为.Wav。将录制好文件保存,记录保存路径。男生女生各录一段保存为test1.wav和test2.wav。 图1基于PC机语音信号采集过程。 2、读取语音信号 在MATLAB软件平台下,利用wavread函数对语音信号进行采样,记住采样频率和采样点数。通过使用wavread函数,理解采样、采样频率、采样位数等概念! Wavread函数调用格式: y=wavread(file),读取file所规定的wav文件,返回采样值放在向量y中。

[y,fs,nbits]=wavread(file),采样值放在向量y中,fs表示采样频率(hz),nbits表示采样位数。 y=wavread(file,N),读取前N点的采样值放在向量y中。 y=wavread(file,[N1,N2]),读取从N1到N2点的采样值放在向量y中。 3、编程获取语音信号的抽样频率和采样位数。 语音信号为test1.wav和test2.wav,内容为“语音信号处理”,两端语音保存到工作空间work文件夹下。在M文件中分别输入以下程序,可以分两次输入便于观察。 [y1,fs1,nbits1]=wavread('test1.wav') [y2,fs2,nbits2]=wavread('test2.wav') 结果如下图所示 根据结果可知:两端语音信号的采样频率为44100HZ,采样位数为16。 4、语音信号的时域分析 语音信号的时域分析就是分析和提取语音信号的时域参数。进行语音分析时,最先接触到并且夜市最直观的是它的时域波形。语音信

MATLAB-智能算法30个案例分析-终极版(带目录)

MATLAB 智能算法30个案例分析(终极版) 1 基于遗传算法的TSP算法(王辉) 2 基于遗传算法和非线性规划的函数寻优算法(史峰) 3 基于遗传算法的BP神经网络优化算法(王辉) 4 设菲尔德大学的MATLAB遗传算法工具箱(王辉) 5 基于遗传算法的LQR控制优化算法(胡斐) 6 遗传算法工具箱详解及应用(胡斐) 7 多种群遗传算法的函数优化算法(王辉) 8 基于量子遗传算法的函数寻优算法(王辉) 9 多目标Pareto最优解搜索算法(胡斐) 10 基于多目标Pareto的二维背包搜索算法(史峰) 11 基于免疫算法的柔性车间调度算法(史峰) 12 基于免疫算法的运输中心规划算法(史峰) 13 基于粒子群算法的函数寻优算法(史峰) 14 基于粒子群算法的PID控制优化算法(史峰) 15 基于混合粒子群算法的TSP寻优算法(史峰) 16 基于动态粒子群算法的动态环境寻优算法(史峰) 17 粒子群算法工具箱(史峰) 18 基于鱼群算法的函数寻优算法(王辉) 19 基于模拟退火算法的TSP算法(王辉) 20 基于遗传模拟退火算法的聚类算法(王辉) 21 基于模拟退火算法的HEV能量管理策略参数优化(胡斐)

22 蚁群算法的优化计算——旅行商问题(TSP)优化(郁磊) 23 基于蚁群算法的二维路径规划算法(史峰) 24 基于蚁群算法的三维路径规划算法(史峰) 25 有导师学习神经网络的回归拟合——基于近红外光谱的汽油辛烷值预测(郁磊) 26 有导师学习神经网络的分类——鸢尾花种类识别(郁磊) 27 无导师学习神经网络的分类——矿井突水水源判别(郁磊) 28 支持向量机的分类——基于乳腺组织电阻抗特性的乳腺癌诊断(郁磊) 29 支持向量机的回归拟合——混凝土抗压强度预测(郁磊) 30 极限学习机的回归拟合及分类——对比实验研究(郁磊) 智能算法是我们在学习中经常遇到的算法,主要包括遗传算法,免疫算法,粒子群算法,神经网络等,智能算法对于很多人来说,既爱又恨,爱是因为熟练的掌握几种智能算法,能够很方便的解决我们的论坛问题,恨是因为智能算法感觉比较“玄乎”,很难理解,更难用它来解决问题。 因此,我们组织了王辉,史峰,郁磊,胡斐四名高手共同写作MATLAB智能算法,该书包含了遗传算法,免疫算法,粒子群算法,鱼群算法,多目标pareto算法,模拟退火算法,蚁群算法,神经网络,SVM等,本书最大的特点在于以案例为导向,每个案例针对一

基于MATLAB的语音信号处理系统设计(程序+仿真图)--毕业设计

语音信号处理系统设计 摘要:语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科。语音信号处理的目的是得到某些参数以便高效传输或存储,或者是用于某种应用,如人工合成出语音、辨识出讲话者、识别出讲话内容、进行语音增强等。本文简要介绍了语音信号采集与分析以及语音信号的特征、采集与分析方法,并在采集语音信号后,在MATLAB 软件平台上进行频谱分析,并对所采集的语音信号加入干扰噪声,对加入噪声的信号进行频谱分析,设计合适的滤波器滤除噪声,恢复原信号。利用MATLAB来读入(采集)语音信号,将它赋值给某一向量,再将该向量看作一个普通的信号,对其进行FFT变换实现频谱分析,再依据实际情况对它进行滤波,然后我们还可以通过sound命令来对语音信号进行回放,以便在听觉上来感受声音的变化。 关键词:Matlab,语音信号,傅里叶变换,滤波器 1课程设计的目的和意义 本设计课题主要研究语音信号初步分析的软件实现方法、滤波器的设计及应用。通过完成本课题的设计,拟主要达到以下几个目的: 1.1.了解Matlab软件的特点和使用方法。 1.2.掌握利用Matlab分析信号和系统的时域、频域特性的方法; 1.3.掌握数字滤波器的设计方法及应用。 1.4.了解语音信号的特性及分析方法。 1.5.通过本课题的设计,培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力。 2 设计任务及技术指标 设计一个简单的语音信号分析系统,实现对语音信号时域波形显示、进行频谱分析,

利用滤波器滤除噪声、对语音信号的参数进行提取分析等功能。采用Matlab设计语言信号分析相关程序,并且利用GUI设计图形用户界面。具体任务是: 2.1.采集语音信号。 2.2.对原始语音信号加入干扰噪声,对原始语音信号及带噪语音信号进行时频域分析。 2.3.针对语音信号频谱及噪声频率,设计合适的数字滤波器滤除噪声。 2.4.对噪声滤除前后的语音进行时频域分析。 2.5.对语音信号进行重采样,回放并与原始信号进行比较。 2.6.对语音信号部分时域参数进行提取。 2.7.设计图形用户界面(包含以上功能)。 3 设计方案论证 3.1语音信号的采集 使用电脑的声卡设备采集一段语音信号,并将其保存在电脑中。 3.2语音信号的处理 语音信号的处理主要包括信号的提取播放、信号的重采样、信号加入噪声、信号的傅里叶变换和滤波等,以及GUI图形用户界面设计。 Ⅰ.语音信号的时域分析 语音信号是一种非平稳的时变信号,它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法,其中时域分析是最简单的方法。 Ⅱ.语音信号的频域分析 信号的傅立叶表示在信号的分析与处理中起着重要的作用。因为对于线性系统来说,可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应,所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。另外,傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显,因此,它能更

MATLAB程序设计实验分析报告

MATLAB程序设计实验报告

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MATLAB 程序设计实验报告 一、实验目的 1. 通过实验熟悉MA TLAB 仿真软件的使用方法; 2. 掌握用MATLAB 对连续信号时域分析、频域分析和s 域分析的方法,利用绘图命令绘制出典型信号的波形,了解这些信号的基本特征; 3. 掌握用MATLAB 对离散信号时域分析、频域分析和z 域分析的方法,利用绘图命令绘制出典型信号的波形,了解这些信号的基本特征; 4. 通过绘制信号运算结果的波形,了解这些信号运算对信号所起的作用。 二、实验设备 1. 计算机 2. MA TLAB R2007a 仿真软件 三、实验原理 1.MATLAB 对系统的时域分析 信号的时域运算包括信号的相加、相乘,信号的时域变换包括信号的平移、反折、倒相及信号的尺度变换。 (1)信号的相加和相乘:已知信号)(1t f 和)(2t f ,信号相加和相乘记为 )()(1t f t f =)(2t f +;)()(1 t f t f =)(2t f *。 (2)信号的微分和积分:对于连续时间信号,其微分运算是用diff 函数来完成的,其语句格式为:diff(function,’variable ’,n),其中function 表示需要进行求导运算的信号,或者被赋值的符号表达式;variable 为求导运算的独立变量;n 为求导的阶数,默认值为求一阶导数。连续信号的积分运算用int 函数来完成,语句格式为:diff(function,’variable ’,a,b),其中function 表示需要进行被积信号,或者被赋值的符号表达式;variable 为求导运算的独立变量;a,b 为积分上、下限,a 和b 省略时为求不定积分。 (3)信号的平移、翻转和尺度变换 信号的平移包含信号的左移与右移,信号的翻转包含信号的倒相与折叠,平移和翻转信号不会改变信号)(t f 的面积和能量。信号的尺度变换是对信号)(t f 在时间轴上的变化,可使信号压缩或扩展。)(at f 将原波形压缩a 倍,)/(a t f 将原波形扩大a 倍。 2.MATLAB 对系统频率特性的分析 (1)系统的频率响应 设线性时不变(LTI )系统的冲激响应为)(t h ,该系统的输入(激励)信号为)(t f ,则

语音信号处理matlab实现

短时能量分析matlab源程序: x=wavread('4.wav'); %计算N=50,帧移=50时的语音能量 s=fra(50,50,x);%对输入的语音信号进行分帧,其中帧长50,帧移50 s2=s.^2;%一帧内各种点的能量 energy=sum(s2,2);%求一帧能量 subplot(2,2,1); plot(energy) xlabel('帧数'); ylabel('短时能量E'); legend('N=50'); axis([0,500,0,30]) %计算N=100,帧移=100时的语音能量 s=fra(100,100,x); s2=s.^2; energy=sum(s2,2); subplot(2,2,2); plot(energy) xlabel('帧数'); ylabel('短时能量E'); legend('N=100'); axis([0,300,0,30]) %计算N=400,帧移=400时的语音能量 s=fra(400,400,x); s2=s.^2; energy=sum(s2,2); subplot(2,2,3); plot(energy) xlabel('帧数'); ylabel('短时能量E'); legend('N=400'); axis([0,60,0,100]) %计算N=800,帧移=800时的语音能量 s=fra(800,800,x); s2=s.^2; energy=sum(s2,2); subplot(2,2,4); plot(energy) xlabel('帧数'); ylabel('短时能量E'); legend('N=800'); axis([0,30,0,200]) 分帧子函数: function f=fra(len,inc,x) %对读入语音分帧,len为帧长,inc为帧重叠样点数,x为输入语音数据 fh=fix(((size(x,1)-len)/inc)+1);%计算帧数 f=zeros(fh,len);%设一个零矩阵,行为帧数,列为帧长 i=1;n=1; while i<=fh %帧间循环 j=1; while j<=len %帧内循环 f(i,j)=x(n); j=j+1;n=n+1; end n=n-len+inc;%下一帧开始位置 i=i+1; end

多元回归分析matlab剖析

回归分析MATLAB 工具箱 一、多元线性回归 多元线性回归:p p x x y βββ+++=...110 1、确定回归系数的点估计值: 命令为:b=regress(Y , X ) ①b 表示???? ?? ????????=p b βββ?...??10 ②Y 表示????????????=n Y Y Y Y (2) 1 ③X 表示??? ??? ????? ???=np n n p p x x x x x x x x x X ...1......... .........1 (12) 1 22221 11211 2、求回归系数的点估计和区间估计、并检验回归模型: 命令为:[b, bint,r,rint,stats]=regress(Y ,X,alpha) ①bint 表示回归系数的区间估计. ②r 表示残差. ③rint 表示置信区间. ④stats 表示用于检验回归模型的统计量,有三个数值:相关系数r 2、F 值、与F 对应的概率p. 说明:相关系数2 r 越接近1,说明回归方程越显著;)1,(1-->-k n k F F α时拒绝0H ,F 越大,说明回归方程越显著;与F 对应的概率p α<时拒绝H 0,回归模型成立. ⑤alpha 表示显著性水平(缺省时为0.05) 3、画出残差及其置信区间. 命令为:rcoplot(r,rint) 例1.如下程序. 解:(1)输入数据. x=[143 145 146 147 149 150 153 154 155 156 157 158 159 160 162 164]'; X=[ones(16,1) x]; Y=[88 85 88 91 92 93 93 95 96 98 97 96 98 99 100 102]'; (2)回归分析及检验. [b,bint,r,rint,stats]=regress(Y ,X) b,bint,stats 得结果:b = bint =

matlab程序中功率谱分析的经典常用方法

一、直接法 clear;clc;close all; %清除变量;清屏;关闭当前图形窗口 Fs=1000; t=0:1/Fs:1; nfft=2048; %改变nfft的值可对比不同采样值时的谱估计效果 %****************生成信号、噪声**************% x1=cos(2*pi*40*t)+3*cos(2*pi*45*t);%信号 x2=randn(size(t)); %噪声 x3=x1+x2; %信号+噪声 [Pxx,f]=periodogram(x3,window,nfft,Fs); %直接法 plot(f,10*log10(Pxx)); title('直接法 nfft=2048'); set(gca,'xlim',[1 120]); ylabel('Am/dB'); xlabel('Frequency/Hz'); 二、间接法 Fs=1000;% 采样频率 n=0:1/Fs:1;% 产生含有噪声的序列 x1=cos(2*pi*40*n)+3*cos(2*pi*45*n);%信号x2=randn(size(n)); %噪声x3=x1+x2; %信号+噪声 nfft=1024; cxn=xcorr(x3);% 计算序列的自相关函数 CXk=fft(cxn); Pxx=abs(CXk); index=0:round(nfft/2-1); f=index*Fs/nfft; plot_Pxx=10*log10(Pxx(index+1)); figure (1) plot(f,plot_Pxx); title('间接法 nfft=1024');ylabel('Am/dB'); set(gca,'xlim',[1 120]); xlabel('Frequency/Hz'); 三、Bartlett法 clear;clc;close all; %清除变量;清屏;关闭当前图形窗口 Fs=1000; t=0:1/Fs:1; nfft=1024; %****************生成信号、噪声**************% x1=cos(2*pi*40*t)+3*cos(2*pi*45*t);%信号 x2=randn(size(t)); %噪声 x3=x1+x2; %信号+噪声 window=hamming(512); %海明窗 noverlap=0; %数据无重叠 p=0.9; %置信概率 [Pxx,Pxxc]=psd(x3,nfft,Fs,window,noverlap,p); index=0:round(nfft/2-1); k=index*Fs/nfft; plot_Pxx=10*log10(Pxx(index+1)); plot_Pxxc=10*log10(Pxxc(index+1)); figure(1) plot(k,plot_Pxx);title('Bartlett法海明窗');; set(gca,'xlim',[1120]);ylabel('Am/dB'); xlabel('Frequency/Hz'); 四、Welch法

基于MATLAB的有噪声语音信号处理毕设

大学本科毕业设计论文 基于MATLAB的有噪声语音信号处理

摘要 滤波器设计在数字信号处理中占有极其重要的地位,FIR数字滤波器和IIR 滤波器是滤波器设计的重要组成部分。Matlab功能强大、简单易学、编程效率高,深受广大科技工作者的欢迎。特别是Matlab还具有信号分析工具箱,不需具备很强的编程能力,就可以很方便地进行信号分析、处理和设计。利用MATLAB信号处理工具箱可以快速有效地设计各种数字滤波器。课题基于MATLAB 有噪音语音信号处理的设计与实现,综合运用数字信号处理的理论知识对加噪声语音信号进行时域、频域分析和滤波。通过理论推导得出相应结论,再利用MATLAB作为编程工具进行计算机实现。在设计实现的过程中,使用窗函数法来设计FIR数字滤波器,用巴特沃斯、切比雪夫和双线性变法设计IIR数字滤波器,并利用MATLAB作为辅助工具完成设计中的计算与图形的绘制。通过对对所设计滤波器的仿真和频率特性分析,可知利用MATLAB信号处理工具箱可以有效快捷地设计FIR和IIR数字滤波器,过程简单方便,结果的各项性能指标均达到指定要求。 关键词?数字滤波器;MATLAB;窗函数法;巴特沃斯; 切比雪夫; 双线性变换

Abstract ?Filterdesignin digital signal processingplaysan extre melyimportant role, FIR digital filters and IIR filter is an importan tpart of filter design.Matlab is powerful,easy to learn,programming efficiency,which was welcomed bythemajority ofsc ientists. Matlab alsohas a particular signalanalysis toolbox,it need nothave strongprogrammingskills can be easily signal analysis, processing and design. Using MATLAB Signal Processing Toolbox can quickly andefficiently design avarietyof digitalfilters. MATLAB basedon the noise issuespeech signal processing design and implementation of digital signalprocessing integrated use of the theoretical knowledge ofthe speechsignal plus noise, time domain, frequencydomainanalysis andfiltering. Thecorrespondingresults obtainedthroughtheoreticalderivation, and then use MATLAB as a programming toolfor computer implementation.Implemented inthe design process,usingthewindow function methodtodesign FIR digital filters with Butterworth, Chebyshev andbilinear Reform IIR digital filter design and use ofMATLAB as asupplementary tool to complete thecalculation and graphic design Drawing. Throughthesimulation of thedesigned filter and the frequency analysis shows thatusingMatlabSignal Processing Toolbox can quickly and easily design digital filters FIR andIIR,the processis simple and convenient, the results of the performance indicators to meetthe specifiedrequirements. ? Keywords: digital filter; MATLAB;Chebyshev;Butterworth;

matlab与统计回归分析 (1)

一Matlab作方差分析 方差分析是分析试验(或观测)数据的一种统计方法。在工农业生产和科学研究中,经常要分析各种因素及因素之间的交互作用对研究对象某些指标值的影响。在方差分析中,把试验数据的总波动(总变差或总方差)分解为由所考虑因素引起的波动(各因素的变差)和随机因素引起的波动(误差的变差),然后通过分析比较这些变差来推断哪些因素对所考察指标的影响是显著的,哪些是不显著的。 【例1】(单因素方差分析)一位教师想要检查3种不同的教学方法的效果,为此随机地选取水平相当的15位学生。把他们分为3组,每组5人,每一组用一种方法教学,一段时间以后,这位教师给15位学生进行统考,成绩见下表1。问这3种教学方法的效果有没有显著差异。 表1 学生统考成绩表 方法成绩 甲75 62 71 58 73 乙71 85 68 92 90 丙73 79 60 75 81 Matlab中可用函数anova1(…)函数进行单因子方差分析。 调用格式:p=anova1(X) 含义:比较样本m×n的矩阵X中两列或多列数据的均值。其中,每一列表示一个具有m 个相互独立测量的独立样本。 返回:它返回X中所有样本取自同一总体(或者取自均值相等的不同总体)的零假设成立的概率p。

解释:若p值接近0(接近程度有解释这自己设定),则认为零假设可疑并认为至少有一个样本均值与其它样本均值存在显著差异。 Matlab程序: Score=[75 62 71 58 73;81 85 68 92 90;73 79 60 75 81]’; P=anova1(Score) 输出结果:方差分析表和箱形图 ANOVA Table Source SS df MS F Prob>F Columns 604.9333 2 302.4667 4.2561 0.040088 Error 852.8 12 71.0667 Total 1457.7333 14 由于p值小于0.05,拒绝零假设,认为3种教学方法存在显著差异。 例2(双因素方差分析)为了考察4种不同燃料与3种不同型号的推进器对火箭射程(单位:海里)的影响,做了12次试验,得数据如表2所示。 表2 燃料-推进器-射程数据表 推进器1 推进器2 推进器3 燃料1 58.2 56.2 65.3 燃料2 49.1 54.1 51.6 燃料3 60.1 70.9 39.2 燃料4 75.8 58.2 48.7 在Matlab中利用函数anova2函数进行双因素方差分析。 调用格式:p=anova2(X,reps)

MATLAB---回归预测模型

MATLAB---回归预测模型 Matlab统计工具箱用命令regress实现多元线性回归,用的方法是最小二乘法,用法是: b=regress(Y,X) [b,bint,r,rint,stats]=regress(Y,X,alpha) Y,X为提供的X和Y数组,alpha为显著性水平(缺省时设定为0.05),b,bint 为回归系数估计值和它们的置信区间,r,rint为残差(向量)及其置信区间,stats是用于检验回归模型的统计量,有四个数值,第一个是R2,第二个是F,第三个是与F对应的概率 p ,p <α拒绝 H0,回归模型成立,第四个是残差的方差 s2 。 残差及其置信区间可以用 rcoplot(r,rint)画图。 例1合金的强度y与其中的碳含量x有比较密切的关系,今从生产中收集了一批数据如下表 1。 先画出散点图如下: x=0.1:0.01:0.18; y=[42,41.5,45.0,45.5,45.0,47.5,49.0,55.0,50.0]; plot(x,y,'+') 可知 y 与 x 大致上为线性关系。

设回归模型为 y =β 0 +β 1 x 用regress 和rcoplot 编程如下: clc,clear x1=[0.1:0.01:0.18]'; y=[42,41.5,45.0,45.5,45.0,47.5,49.0,55.0,50.0]'; x=[ones(9,1),x1]; [b,bint,r,rint,stats]=regress(y,x); b,bint,stats,rcoplot(r,rint) 得到 b =27.4722 137.5000 bint =18.6851 36.2594 75.7755 199.2245 stats =0.7985 27.7469 0.0012 4.0883 即β 0=27.4722 β 1 =137.5000 β0的置信区间是[18.6851,36.2594], β1的置信区间是[75.7755,199.2245]; R2= 0.7985 , F = 27.7469 , p = 0.0012 , s2 =4.0883 。 可知模型(41)成立。 观察命令 rcoplot(r,rint)所画的残差分布,除第 8 个数据外其余残差的置信区间均包含零点第8个点应视为异常点,

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