基于matlab的声音信号处理_课程设计任务书

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课程设计任务书

基于MATLAB的声音信号处理的初步实现

内容摘要:数字滤波器是数字信号处理技术的基础, 用来对信号进行过滤、检测、与参数估计等处理。任何检测的信号都含有噪声,而滤波是去除噪声的基本手段,因此滤波器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 数字滤波器是滤波器设计的重要组成部分。随着MATLAB软件及信号处理工具箱的不断完善,MATLAB很快成为应用学科等领域不可或缺的基础软件,它可以快速有效地实现数字滤波器的设计、分析和仿真,极大地减轻了工作量,有利于滤波器设计的最优化。本设计综合运用了数字信号处理的各种基本知识,对不带噪声音信号以及带噪声音信号进行频谱分析,并利用MATLAB信号处理工具箱有效快捷地设计IIR数字滤波器对带噪声音信号进行滤波处理。

关键词:数字滤波器 MATLAB 滤波仿真

The preliminary implementation of voice signal

processing based on MATLAB

Abstract: Digital filter is the basis of digital signal processing technology, which used for signal filtering, detecting, and parameter estimation. Any detection signal contains noise, and filtering is a basic means to remove the noise, so filter occupies an extremely important position in digital signal processing.FIR digital filter and IIR digital filter is an important part of the filter design. With MATLAB software and the continuous improvement of the signal processing toolbox, MATLAB application quickly became indispensable to areas such as basic software. It can quickly and efficiently for digital filter design, analysis and simulation, greatly reduce the workload, and it is advantageous to the optimization of filter design. This design is integrated used of all kinds of basic knowledge of digital signal processing to complete the analysis of frequency spectrum about speech noisy signal and speech signal, and it use the MATLAB signal processing toolbox effective shortcut to design IIR

digital filter with noise speech signal filter processing. Keywords:Digital Filter MATLAB Filtering Simulation

目录

前言 (1)

1 绪论 (1)

1.1 研究的目的和意义 (1)

1.2 国内外研究的现状 (1)

1.3 本课题研究的内容和方法 (2)

2 MATLAB软件介绍 (2)

2.1 MATLAB发展历程 (2)

2.2 MATLAB组成 (3)

2.2.1 MATLAB语言 (3)

2.2.2 MATLAB的工作环境 (3)

2.2.3 MATLAB数据函数库 (3)

2.2.4 MATLAB应用程序接口 (3)

2.2.5 图形句柄系统 (4)

2.3 MATLAB的特点 (4)

3 数字滤波器的设计 (5)

3.1 数字滤波器概述 (5)

3.2 数字滤波器设计的基本原理 (6)

3.3 设计IIR数字滤波器 (6)

3.3.1 IIR数字滤波器设计方法 (6)

3.3.2 利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器的步骤 (6)

3.3.3 用双线性法设计IIR低通滤波器 (7)

4 去噪和仿真的研究 (7)

4.1 语言信号在MATLAB平台上的录入与打开 (7)

4.2 原始语言信号频谱分析及仿真 (8)

4.3 加噪语音信号频谱分析及仿真 (9)

4.4 去噪及仿真 (10)

4.5 回放语音信号 (11)

5 结束语 (11)

附录 (12)

附录1:IIR低通滤波器程序 (12)

附录2:产生原始语音信号波形、频谱、幅值、相位图程序 (12)

附录3:产生原始语音信号和加噪语音信号时域波形、频谱图程序 (13)

附录4:产生IIR滤波前和滤波后波形及频谱图程序 (14)

参考文献 (16)

基于MATLAB的声音信号处理的初步实现

前言

声音信号的采集与分析处理在工程应用中是经常需要解决的问题,如何实时采集声音信号并对其分析处理,找出声音信号的特征在科学研究中是一项非常有意义的工作。

1 绪论

语音是语言的声学表现,是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。随着社会的进步和科学技术的发展,人类进入了信息化时代,用现代手段研究语音信号处理技术,是人们更加有效地产生、传输、存储和获取语音信息,者对促进社会发展具有重要意义,因此,语音信号处理越来越受到人们的关注和研究。

1.1 研究的目的和意义

语言是人类交换信息最方便、最快捷的一种方式,在高度发达的信息社会中,用数字化的方法进行语音的传送、存储、识别、合成和增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的组成部分之一。语音信号处理作为一门涉及面很广的交叉学科,在数字电话通信、高音质的窄带语音通信系统、语言学习机、声控打字机、自动翻译机、智能机器人、新一代计算机语音智能终端及军事上都有应用。随着人类步入信息社会步伐的加快,越来越多的地方需要用到语音信号处理知识。所以语音信号研究无论是在科学领域上还是日常生活中都有其广泛而重要的意义。

1.2 国内外研究的现状

20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法,如数字滤波器、快速傅里叶变换(FFT)等是语言数字信号处理的理论和技术基础。20世纪70年代初,由于电子计算机和数字信号处理的发展,人们发现:声音信号,可以通过模数转换器(A/D)采样和量化,它们转换为数字信号后,能够送进计算机。这样就可以用数字计算方法,对语音信号进行处理和加工。例如数字滤波器可以用差分方程实现,频谱分析可以用傅里叶变换或快速傅里叶变换(FFT)实现,80年代初矢量量化技术(VQ)和隐马尔可夫模型(HMM)应用于语音处理中,隐马尔可夫模型(HMM)用于描述语音信号产生过程。近年来语音信号处理这门新学科发

展很快,在各项领域都有应用,解决了很多用传统方法难以解决的问题,在信息科学中占有重要地位。

1.3 本课题研究的内容和方法

本设计主要介绍的是的语音信号的简单处理。本设计运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理,在matlab7.14环境下综合运用信号提取,幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。我所做的工作就是采集一个语音信号作为分析对象,或自我录制一段语音,在matlab7.14软件上编写一个语音信号处理程序,对语音信号进行加噪去噪等处理,完成对语音信号时域和频域的分析和仿真,达到简单语音信号处理的目的。

对语音信号的研究,本设计采用了设计IIR滤波器的基本研究方法来达到研究语音信号去噪的目的,最终结合图像以及对语音信号的回放,通过对比,得出结论。

2 MATLAB软件介绍

2.1 MATLAB发展历程

MATLAB是由美国Mathwork公司开发的数值计算、符号计算和图形可视化三大基本功能于一体,功能强大、操作简单的语言。是国际公认的优秀数学应用软件之一。

20世纪80年代初期,Cleve Moler与John Little等利用C语言开发了新一代的MATLAB语言,此时的MATLAB语言已同时具备了数值计算功能和简单的图形处理功能。1984年,Cleve Moler与John Little等正式成立了Mathwork公司,把MATLAB语言推向市场,并开始了对MATLAB工具箱等的开发设计。1993年,Mathwork公司推出了基于个人计算机的MATLAB4.0版本,到了1997年又推出了MATLAB5.X版本,并在2000年推出了MATLAB 6.0版本,2004年正式推出了MATLAB7.0版本,现在最新的版本是2012年推出的MATLAB7.14版本。

现在,MATLAB已经发展成为适合多学科的大型软件,在世界各高校,MATLAB 已经成为线性代数、数值分析、数理统计、优化方法、自动控制、数字信号处理、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具。特别是最近几年,MATLAB在我国大学生数学建模竞赛中的应用,为参赛者在有限的时间内准确、有效地解决问题提供了有力的保证。

2.2 MATLAB组成

MATLAB作为Math Works产品家族的核心,它主要由5大部分组成,分别为MATLAB语言(the MATLAB Language)、MATLAB工作环境(the MATLAB Working Environment)、MATLAB数学函数库(the MATLAB Math Library )、MATLAB应用程序接口(the MATLAB Application Interface)和图形句柄系统(Handle Graphics)。下面对它们分别进行介绍。

2.2.1 MATLAB语言

MATLAB语言是一种以矩形(Matrix)和阵列(Array)为基本编程单元,拥有完整的控制语句、数据结构、函数编写与调用格式和输出功能,具有面向对象程序设计特征的高级程序语言。使用MATLAB语言不但可以方便快捷地完成小规模的算法验证、程序开发和调试工作,而且可以进行大规模、高效的复杂应用程序设计。

2.2.2 MATLAB的工作环境

简单来说,MATLAB工作环境就是一系列实用工具的集合,它不但包括了各种操作工作空间中变量的工具盒管理数据输入输出的方法,而且包括了开发调试M 文件和MATLAB应用程序的集成环境,使用起来极为方便。

2.2.3 MATLAB数据函数库

MATLAB数据函数库是大量的各种形式的数学函数和算法的集合,它不仅包括了最基本的初等函数,如sum、sine、cosine和复数运算等,而且包含了大量复杂的高级函数和算法,如贝塞尔(Bassel)函数,快速傅里叶变换和矩阵求逆等。用户在编写自己的MATLAB程序时,可以轻松地调用这些函数和算法,从而极大地方便了算法的开发。

2.2.4 MATLAB应用程序接口

MATLAB的外部接口使得MATLAB可以与外部设备和程序实现数据交互和程序移植,可以扩充MATLAB强大的数值计算和图形显示功能,从而弥补了其执行效率较低的缺点,同时增强了其他应用程序进行软件开发的功能,提高了软件开发效率。MATLAB接口工具不仅使得MATLAB可以十分方便地与其他应用程序交换数据和信息还实现了与其他程序函数和算法的交互。所以,通过MATLAB的接口编程,可以充分利用现有资源,能更容易地编写出功能强大、结构简洁的应用程序。MATLAB主要提供了MEX文件、MAT文件、MATLAB计算引擎、COM和DDE、Web服务、

硬件接口和Excel生成器、Java生成器和.NET生成器等形式的接口。

2.2.5 图形句柄系统

Handle Graphics为Math Work公司的注册商标,是MATLAB的图形系统。它在包含了大量高级的2D和3D数据可视化、图形显示、动画生成和图像处理命令的同时,还提供了许多低级的图形命令,允许用户按照自己的需求显示图形和定制应用程序图形用户接口,即方便又灵活。

2.3 MATLAB的特点

MATLAB是Math Work公司开发的跨平台的,用于矩阵数值计算的简单高效的数学语言,与其他计算机高级语言如C、C++、Fortran、Basic、Pascal等相比,MATLAB语言编程要简洁得多,编程语句更是其他高级语言望尘莫及的。与其他高级语言相比较,MATLAB具有以下独特的优势:

a. MATLAB是一种跨平台的数学语言。采用MATLAB编写的程序可以在目前所有的操作系统上运行(只要这些系统上安装了MATLAB平台)。MATLAB程序不依赖于计算机类型和操作系统类型。

b. MATLAB是一种超高级语言。MATLAB平台本身是用C语言写成的,其中汇集了当前最新的数学算法库,是许多专业数学家和工程学者多年的劳动结晶。使用MATLAB就意味着站在巨人的肩膀上观察和处理问题,所以在编程效率,程序的可读性、可靠性和可移植性上远远超过了常规的高级语言。

c. MATLAB语法简单,编程风格接近数学语言描述,是数学算法开发和验证的最佳工具。MATLAB以复数矩阵运算为基础,其基本编程单位是矩阵,使得编程简单,而功能极为强大。而且,MATLAB中的数值算法是经过千锤百炼的,比用户自己编程实现的算法的可信度和可靠性都要高。

d. MATLAB计算精度很高。MATLAB中的数据是以双精度存储的。一个实数采用8字节存储,而一个复数则采用16字节存储。矩阵运算的精度很高,完全能够满足一般工程和科学计算的需要。与其他语言相比,MATLAB对计算机内存、硬盘空间的要求也是比较高的。

e. MATLAB具有强大的绘图功能。利用MATLAB的绘图功能,可以轻易地获得高质量的(印刷级)曲线图。具有多种形式来表达二维、三维图形,并具有强大的动画功能,可以非常直观地表现抽象的数值结果。

f. MATLAB具有串口操作、声音输入/输出等硬件操控能力,随着版本的提高,

这种能力还会不断加强,使得人们利用计算机和实际硬件相连接的半实物仿真的梦想得以轻易实现。

g. MATLAB程序可以直接映射为DSP芯片可接受的代码,大大提高了现代电子通信设备的研发效率。

h. MATLAB程序的执行效率比其他语言低。MATLAB程序通常是解释执行的,在执行效率和速率上低于其他高级语言。事实上,MATLAB自带的许多内部函数均是用C语言编写并编译的,因此利用MATLAB内部函数程序部分的运行速度并不比其他语言中的相应函数低。

3 数字滤波器的设计

3.1 数字滤波器概述

数字滤波器是数字信号处理的基础部分,与模拟滤波器相比,数字滤波器具有精度高、可靠性高、灵活性高、便于大规模集成和多维过滤等特点,已广泛应用于现代各类工程领域。

数字滤波器是具有一定传输特性的数字信号处理装置,它的输入和输出都是离散数字信号,它借助于数字器件和一定的数值计算方法,对输入信号进行处理,改变输入信号,进而去掉信号中的无用成分而保留有用成分。如果在数字处理系统前、后分别加上A/D转换器和D/A转换器,就可以处理模拟信号。数字滤波器的输入输出是一个时间序列。设H(n)为数字滤波器的系统函数,h(n)为其相应的脉冲序列,则在时域内有:

y(n)=x(n)*h(n)(3-1)在z域内有:

Y(z)=H(z)X(z)(3-2)式中X(z)和Y(z)分别为输入x(n)和输出y(n)的傅里叶变换。

在频域内有:

Y(jw)=H(jw)X(jw)(3-3)式中,H(jw)为数字滤波器的频率特性,X(jw)和Y(jw)分别为输入x(n)和输出y(n)的频谱。

由此可见,一个合适的滤波器系统函H(z)数可以改变输入x(n)的频率特性,经数字滤波器处理后得到的信号y(n)可保留信号x(n)的有用成分,而去

掉其中的无用成分。

3.2 数字滤波器设计的基本原理

数字滤波器是指完成信号滤波(根据有用信号和噪声的不同特性,消除或减弱噪声,提取有用信号的过程)功能的、用有限精度算法实现的离散时间线性时不变(LTI)系统。与模拟滤波器类似,数字滤波器也是一种选频器件,它对有用信号的频率分量的衰减很小,使之比较顺利通过,而对噪声等干扰信号的频率分量给予较大幅度的衰减,尽可能阻止它们通过。相比于模拟滤波器,数字滤波器稳定性高、精度高、灵活性强。

滤波器总体可以分为经典滤波器和现代滤波器:经典滤波器即一般的选频滤波器;现代滤波器以随机信号处理的理论为基础,利用随机信号内部的统计特性对信号进行滤波。按照滤波器的实现方式方式分类,数字滤波器则可以分为无限冲激响应(IIR)和数字滤波器和有限冲激响应(FIR)数字滤波器。本设计采用的是IIR数字滤波器对加噪语音信号进行滤波。

3.3 设计IIR数字滤波器

3.3.1 IIR数字滤波器设计方法

本设计在MATLAB平台上,设计了IIR数字滤波器,用于对加噪的语音信号进行滤波,对于IIR滤波器,它的极点可以在单位圆内的任何位置,实现IIR滤波器的阶次可以较低,所用的存储单元较少,效率高,又由于IIR数字滤波器能够保留一些模拟滤波器的优良特性,因此得到广泛应用。

在IIR数字滤波器的设计过程中,通常将数字滤波器的设计指标转化为模拟低通滤波器的设计指标,然后设计满足这些指标的模拟低通滤波器的系统函数,再将它变成所需要的数字滤波器系统函数。此方法具有如下优点:模拟逼近技术非常成熟、通常能产生闭式解、模拟滤波器有大量的图标可查,因此充分利用这些已有的资源将会给数字滤波器设计带来很大的方便。一般,当着眼于滤波器的时域瞬态响应时,采用脉冲不变法较好,而其它情况下,对于IIR数字滤波器设计,大多采用双线性变换法。

3.3.2 利用模拟滤波器设计IIR数字滤波器的步骤

a.确定数字低通滤波器的技术指标:通带边界频率、通带最大衰减,阻带截止频率、阻带最小衰减。

b.将数字低通滤波器的技术指标转换成相应的模拟低通滤波器的技术指标。

c.按照模拟低通滤波器的技术指标设计及过渡模拟低通滤波器。

d.用双线性变换法,模拟滤波器系统函数转换成数字低通滤波器系统函数。

3.3.3 用双线性法设计IIR低通滤波器

MATLAB信号处理工具箱函数cheblap,cheblord和cheeby1是切比雪夫I型滤波器设计函数。我们用到的是cheeby1函数。

函数butter,cheby1和ellip设计IIR滤波器时都是默认的双线性变换法,所以在设计滤波器时只需要代入相应的实现函数即可。

IIR低通滤波器程序见附录1。

IIR低通滤波器图像如图3-1:

图3-1 IIR低通滤波器

4 去噪和仿真的研究

4.1 语言信号在MATLAB平台上的录入与打开

利用电脑上的声卡和windows操作系统可以进行语音信号的录入,语音信号的录入可以用麦克风直接录制人的语音,也可以通过音频线将收音机、电视机或磁带中的语音信号录入到计算机中,在录音机中可以进行简单的声音处理,如加大或降低音量,加速或减速,声音的反转或添加回音效果等。加速或减速的改变可以完成变音功能,反转可以达到对声音文件保密功能。本设计所录入的语音信号是在酷狗上把mp3进行格式转换为wav形式的语音信号。然后保存到MATLAB

文件夹里面,命名为“login”。

利用MATLAB中的wavread命令来读入(采集)语音信号,将它赋值给某一向量。

4.2 原始语言信号频谱分析及仿真

在MATLAB中,[y,fs,bits]=wavread(‘login’,[N1 N2]);用于读取语音信号,采样值放在向量y中,fs表示采用频率(Hz),nbits表示采样位数,[N1 N2]表示读取的值从N1点到N2点的值。sound(y,fs,bits);用于声音的回放。向量y 则代表了一个信号,也即一个复杂的“函数表达式”,也可以说像处理一个信号的表达式一样处理这个声音信号。

下面是语音信号在MATLAB中的语言程序,它实现了语音的读入与打开,并绘制了语音信号的波形频谱图。在本次设计中,我们利用fft对语音信号进行快速傅里叶变换,就可以得到信号的频谱特性。程序见附录2。

程序运行后得到的的波形如图4-1、图4-2、图4-3、图4-4。

图4-1 原始信号波形

图4-3 原始信号幅值

图4-4 原始信号相位

4.3 加噪语音信号频谱分析及仿真

在本次课程设计中,我们是利用MATLAB中的随机函数(rand或randn)产生噪声加入到语音信号中,模仿语音信号被污染,并对其频谱分析。Randn函数有两种基本调用格式:Randn(n)和Randn(m,n),前者产生n×n服从标准高斯分布的随机数矩阵,后者产生m×n的随机数矩阵。

下面一段程序实现了利用randn函数把一段随机噪音信号加入原始语音信号的信号处理过程,见附录3。

加噪后语音信号的时域波形、频谱图如图4-5:

图4-5 加噪语音信号时域波形和频谱图

通过对两张图片的对比,很明显可以看加噪后的语音信号时域波形比原始语音信号浑浊了许多,在时间轴上可以明显看出0—0.5S的幅值增大了;通过对原始语音信号的频谱图与加噪后的语音信号频谱图的对比,也可以看出在频率5000Hz以后的频率幅值发生了明显的增加。

4.4 去噪及仿真

在Matlab中,IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。函数filter的调用格式:yn=filter(B,A.xn),它是按照直线型结构实现对xn的滤波。其中xn是输入信号向量,yn输出信号向量。设计一个IIR低通滤波器对加噪语音信号进行滤波处理。程序见附录4。

IIR滤波前和滤波后波形及频谱如图4-6:

图4-6 IIR滤波前和滤波后波形及频谱

4.5 回放语音信号

经过以上的加噪声处理后,可在Matlab中用函数sound对声音进行回放。其调用格式:sound(y,Fs),sound(y)和sound(y,Fs,bits)。可以察觉滤波前后的声音有明显的变化。

5 结束语

本设计采用了MATLAB软件,实现了语音信号的采集,圆满的完成了对加噪声语音信号的读取与打开,与课题的要求十分相符;也较好的完成了对原始语音信号和加噪声后的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。

课题的特色在于它将语音信号看作一个向量,于是就把语音数字化了。那么,就可以完全利用数字信号处理的知识来解决语音及加噪处理问题。我们可以像给一般信号做频谱分析一样,来对语音信号做频谱分析,也能较容易的用数字滤波器来对语音进行滤波处理。通过比较加噪前后,语音的频谱和语音回放,能明显的感觉到加入噪声后回放的声音与原始的语音信号有很大的不同,前者随较尖锐的干扰啸叫声。从含噪语音信号的频谱图中可以看出含噪声的语音信号频谱,在整个频域范围内分是布均匀。其实,这正是干扰所造成的。通过滤波前后的对比,可得出结论:语音信号主要分布在低频段,而噪声主要分布在高频段。

附录

附录1:IIR低通滤波器程序

Ft=8000;

Fp=1000;

Fs=1200;

wp=2*pi*Fp/Ft;

ws=2*pi*Fs/Ft;

fp=2*Ft*tan(wp/2);

fs=2*Fs*tan(wp/2);

[n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,'s'); %求低通滤波器的阶数和截止频率[b11,a11]=butter(n11,wn11,'s'); %求S域的频率响应的参数

[num11,den11]=bilinear(b11,a11,0.5); %双线性变换实现S域到Z域变换[h,w]=freqz(num11,den11); %根据参数求出频率响应

plot(w*8000*0.5/pi,abs(h));

title('IIR低通滤波器');

legend('用butter设计');

grid;

附录2:产生原始语音信号波形、频谱、幅值、相位图程序

[x,fs,bits]=wavread('login');

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('原始语音信号采样后的频谱图');

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

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

附录3:产生原始语音信号和加噪语音信号时域波形、频谱图程序[y,fs,bits]=wavread('login');

sound(y,fs);

n=length(y);

y_p=fft(y,n);

f=fs*(0:n/2-1)/n;

figure(1)

subplot(2,1,1);

plot(y);

title('原始语音信号采样后的时域波形');

xlabel('时间轴');

ylabel('幅值A');

subplot(2,1,2);

plot(f,abs(y_p(1:n/2)));

title('原始语音信号采样后的频谱图');

xlabel('频率Hz');

ylabel('频率幅值');

L=length(y);

noise=0.1*randn(L,2);

y_z=y+noise;

sound(y_z,fs);

n=length(y);

y_zp=fft(y_z,n);

f=fs*(0:n/2-1)/n;

figure(2)

subplot(2,1,1);

plot(y_z);

title('加噪语音信号时域波形');

xlabel('时间轴');

ylabel('幅值A');

plot(f,abs(y_zp(1:n/2)));

title('加噪语音信号频谱图');

xlabel('频率Hz');

ylabel('频率幅值');

附录4:产生IIR滤波前和滤波后波形及频谱图程序

Ft=8000;

Fp=1000;

Fs=1200;

wp=2*pi*Fp/Ft;

ws=2*pi*Fs/Ft;

fp=2*Ft*tan(wp/2);

fs=2*Fs*tan(wp/2);

[n11,wn11]=buttord(wp,ws,1,50,'s'); %求低通滤波器的阶数和截止频率[b11,a11]=butter(n11,wn11,'s'); %求S域的频率响应的参数

[num11,den11]=bilinear(b11,a11,0.5); %双线性变换实现S域到Z域变换[h,w]=freqz(num11,den11); %根据参数求出频率响应

plot(w*8000*0.5/pi,abs(h));

legend('用butter设计');

grid;

[y,fs,nbits]=wavread ('login');

n = length (y); %求出语音信号的长度

noise=0.01*randn(n,2); %随机函数产生噪声

s=y+noise; %语音信号加入噪声

S=fft(s); %傅里叶变换

z11=filter(num11,den11,s);

sound(z11);

m11=fft(z11); %求滤波后的信号

subplot(2,2,1);

title('滤波前信号的频谱'); grid;

subplot(2,2,2);

plot(abs(m11),'r');

title('滤波后信号的频谱'); grid;

subplot(2,2,3);

plot(s);

title('滤波前信号的波形'); grid;

subplot(2,2,4);

plot(z11);

title('滤波后的信号波形');

matlab课程设计题目

课题一: 连续时间信号和系统时域分析及MATLAB实现 课题要求: 深入研究连续时间信号和系统时域分析的理论知识。利用MATLAB强大的图形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能,实现连续时间信号和系统时域分析的仿真波形。 课题内容: 一、用MATLAB实现常用连续时间信号的时域波形(通过改变参数,分析其时域特性)。 1、单位阶跃信号, 2、单位冲激信号, 3、正弦信号, 4、实指数信号, 5、虚指数信号, 6、复指数信号。 二、用MATLAB实现信号的时域运算 1、相加, 2、相乘, 3、数乘, 4、微分, 5、积分 三、用MATLAB实现信号的时域变换(参数变化,分析波形变化) 1、反转, 2、使移(超时,延时), 3、展缩, 4、倒相, 5、综合变化 四、用MATLAB实现信号简单的时域分解 1、信号的交直流分解, 2、信号的奇偶分解 五、用MATLAB实现连续时间系统的卷积积分的仿真波形 给出几个典型例子,对每个例子,要求画出对应波形。 六、用MATLAB实现连续时间系统的冲激响应、阶跃响应的仿真波形。 给出几个典型例子,四种调用格式。 七、利用MATLAB实现连续时间系统对正弦信号、实指数信号的零状态响应的仿真波形。 给出几个典型例子,要求可以改变激励的参数,分析波形的变化。 课题二: 离散时间信号和系统时域分析及MATLAB实现。 课题要求: 深入研究离散时间信号和系统时域分析的理论知识。利用MATLAB强大的图

形处理功能、符号运算功能以及数值计算功能,实现离散时间信号和系统时域分析的仿真波形。 课题内容: 一、用MATLAB绘制常用信号的时域波形(通过改变参数分析其时域特性) 1、单位序列, 2、单位阶跃序列, 3、正弦序列, 4、离散时间实指数序列, 5、离散时间虚指数序列, 6、离散时间复指数序列。 二、用MATLAB实现信号的时域运算 1、相加, 2、相乘, 3、数乘。 三、用MATLAB实现信号的时域变换(参数变化,分析波形的变化) 1、反转, 2、时移(超时,延时), 3、展缩, 4、倒相。 四、用MATLAB实现离散时间系统卷积和仿真波形 给出几个典型例子,对每个例子要求画出e(k),h(k),e(i),h(i),h(-i),Rzs(k)波形。 五、用MATLAB实现离散时间系统的单位响应,阶跃响应的仿真波形 给出几个典型例子,四中调用格式。 六、用MATLAB实现离散时间系统对实指数序列信号的零状态响应的仿真波形 给出几个典型例子,要求可以改变激励的参数,分析波形的变化。 课题三: 连续时间信号傅里叶级数分析及MATLAB实现。 课题要求: 深入研究连续时间信号傅里叶级数分析的理论知识,利用MATLAB强大的图形处理功能,符号运算功能以及数值计算功能,实现连续时间周期信号频域分析的仿真波形。 课题内容: 一、用MATLAB实现周期信号的傅里叶级数分解与综合 以周期矩形波信号为例,绘出包含不同谐波次数的合成波形,观察合成波形与原矩形 波形之间的关系及吉布斯现象。

MATLAB课程设计报告

华东交通大学MATLAB程序设计报告书 课题名称:基于MATLAB的粒子群优化算法的实现 姓名: 学号:20160280800014 专业:控制科学与工程 2016年 11月 20日

基于MATLAB的粒子群优化算法的实现 一、课程选题目的 本次课程设计的课题为《基于MATLAB的粒子群优化算法的实现》,主要为学会运用MATLAB对实际算法编程,加深对粒子群优化算法的理解,并为今后熟练使用MA TLAB进行系统的分析仿真和设计奠定基础。数值计算分析可以帮助更深入地理解理论知识,并为将来使用MA TLAB进行各领域数值分析分析和实际应用打下基础。 此次课程主要是为了进一步熟悉对MATLAB软件的使用,以及学会利用MA TLAB对数值运算这种实际问题进行处理,将理论应用于实际,加深对它的理解。 二、粒子群优化算法原理 优化是科学研究、工程技术和经济管理等领域的重要研究工具。它所研究的问题是讨论在众多的方案中寻找最优方案。例如,工程设计中怎样选择设计参数,使设计方案既满足设计要求又能降低成本;资源分配中,怎样分配有限资源,使分配方案既能满足各方面的基本要求,又能获得好的经济效益。在人类活动的各个领域中,诸如此类,不胜枚举。优化这一技术,正是为这些问题的解决,提供理论基础和求解方法,它是一门应用广泛、实用性很强的科学。近十余年来,粒子群优化算法作为群体智能算法的一个重要分支得到了广泛深入的研究,在路径规划等许多领域都有应用。 2.1 粒子群优化算法的起源 粒子群优化(PSO)算法是由Kennedy和Eberhart于1995年用计算机模拟鸟群觅食这一简单的社会行为时,受到启发,简化之后而提出的。 设想这样一个场景:一群鸟随机的分布在一个区域中,在这个区域里只有一块食物。所有的鸟都不知道食物在哪里。但是他们知道当前的位置离食物还有多远。那么找到食物的最优策略是什么呢。最简单有效的方法就是追寻自己视野中目前离食物最近的鸟。如果把食物当作最优点,而把鸟离食物的距离当作函数的适应度,那么鸟寻觅食物的过程就可以当作一个函数寻优的过程。鱼群和鸟群的社会行为一直引起科学家的兴趣。他们以特殊的方式移动、同步,不会相互碰撞,整体行为看上去非常优美。生物学家CargiReynolds提出了一个非常有影响的鸟群聚集模型。在他的模拟模型boids中,每一个个体遵循:避免与邻域个体相冲撞、匹配邻域个体的速度、试图飞向感知到的鸟群中心这三条规则形成简单的非集中控制算法驱动鸟群的聚集,在一系列模拟实验中突现出了非常接近现实鸟群聚集行为的现象。该结果显示了在空中回旋的鸟组成轮廓清晰的群体,以及遇到障碍物时鸟群的分裂和再度汇合过程。由此受到启发,经过简化提出了粒子群优化算法。 2.2粒子群优化算法的原理 在粒子群优化算法中,每个优化问题的潜在解都是搜索空间中的一只鸟,称之为“粒子”。所有的粒子都有一个由被优化的函数决定的适应值,每个粒子还有一个速度决定他们飞翔的方向和距离。然后粒子们就追随当前的最优粒子在解空间中搜索。优化开始时先初始化为一群随机粒子(随机解)。然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中,粒子通过跟踪两个极值来更新自己。第一个极值就是整个种群目前找到的最优解。这个极值是全局极值。另外也可以不用整个种群而只是用其中一部分作为粒子的邻居,那么在所有邻居中的极值就是局部极值。第二个极值是粒子本身所找到的最优解,称为个体极值。这是因为粒子仅仅通过跟踪全局极值或者局部极值来更新位置,不可能总是获得较好的解。这样在优化过程中,粒子在追随全局极值或局部极值的同时追随个体极值则圆满的解决了这个问题。这就是粒子群优化

实验一 MATLAB音频信号处理实验

实验一MATLAB音频信号处理实验 一、实验目的 1、进一步加深DFT算法原理和基本性质的理解; 2、熟悉FFT算法原理; 3、理解掌握音频信号各参数的意义; 二、实验内容 1、对一个音频信号用FFT进行谱分析; 2、对该音频信号进行放大或衰减; 3、对该音频信号加入噪声与去掉噪声处理 三、实验要求 1.语音信号的读取、存储; 2.语音信号的播放; 3.FFT的MATLAB实现; 4.信号放大(6倍); 5.信号调制、产生高频信号; 6.信号叠加之后产生的带有噪声的语音信号; 7.绘制信号图像(时域与频域图像),包括原始信号图像,以及带有噪声的语音信号。 四、实验结果及代码 [S1,fs,bits]=wavread('C:\Users\1\Desktop\实验\handel.wav'); wavwrite(S1,'copy.wav'); F=fft(S1); S1=S1*6; fc=1000; y1=modulate(S1,fc,fs,'fm'); Y1=fft(y1,40000); y2=S1+y1; Y2=fft(y2,40000); figure(1); subplot(221); plot(S1); title('原始的信号时域图'); subplot(222); plot(abs(F));

title('原始的信号频域图'); subplot(223); plot(y1); title('调制后信号时域图'); subplot(224); plot(abs(Y1)); title('调制后信号频域图'); figure(2) subplot(221); plot(y2); title('加噪的信号时域图'); subplot(222); plot(abs(Y2)); title('加噪的信号频域图'); 运行结果如下图1-1 图1-1 五、实验总结 通过本次实验学习了如何使用MATLAB对音频信号进行处理。包括语音信号

MATLAB课设报告

课程设计任务书 学生姓名:董航专业班级:电信1006班 指导教师:阙大顺,李景松工作单位:信息工程学院 课程设计名称:Matlab应用课程设计 课程设计题目:Matlab运算与应用设计5 初始条件: 1.Matlab6.5以上版本软件; 2.课程设计辅导资料:“Matlab语言基础及使用入门”、“Matlab及在电子信息课程中的应 用”、线性代数及相关书籍等; 3.先修课程:高等数学、线性代数、电路、Matlab应用实践及信号处理类相关课程等。 要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求) 1.课程设计内容:根据指导老师给定的7套题目,按规定选择其中1套完成; 2.本课程设计统一技术要求:研读辅导资料对应章节,对选定的设计题目进行理论分析, 针对具体设计部分的原理分析、建模、必要的推导和可行性分析,画出程序设计框图,编写程序代码(含注释),上机调试运行程序,记录实验结果(含计算结果和图表),并对实验结果进行分析和总结。具体设计要求包括: ①初步了解Matlab、熟悉Matlab界面、进行简单操作; ②MATLAB的数值计算:创建矩阵矩阵运算、多项式运算、线性方程组、数值统计; ③基本绘图函数:plot, plot3, mesh, surf等,要求掌握以上绘图函数的用法、简单图形 标注、简单颜色设定等; ④使用文本编辑器编辑m文件,函数调用; ⑤能进行简单的信号处理Matlab编程; ⑥按要求参加课程设计实验演示和答辩等。 3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写,具体包括: ①目录; ②与设计题目相关的理论分析、归纳和总结; ③与设计内容相关的原理分析、建模、推导、可行性分析; ④程序设计框图、程序代码(含注释)、程序运行结果和图表、实验结果分析和总结; ⑤课程设计的心得体会(至少500字); ⑥参考文献(不少于5篇); ⑦其它必要内容等。 时间安排:1.5周(分散进行) 参考文献: [1](美)穆尔,高会生,刘童娜,李聪聪.MA TLAB实用教程(第二版) . 电子工业出版社,2010. [2]王正林,刘明.精通MATLAB(升级版) .电子工业出版社,2011. [3]陈杰. MA TLAB宝典(第3版) . 电子工业出版社,2011. [4]刘保柱,苏彦华,张宏林. MATLAB 7.0从入门到精通(修订版) . 人民邮电出版社,2010. 指导教师签名:年月日 系主任(或责任教师)签名:年月日

通信原理课程设计报告(基于Matlab)

2DPSK调制与解调系统的仿真 设计原理 (1) 2DPSK信号原理 1.1 2DPSK信号原理 2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差,并规定:Φ=0表示0码,Φ=π表示1码。则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如2PSK信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的,在接收端只能采用相干解调,它的时域波形图如图2.1所示。 图1.1 2DPSK信号 在这种绝对移相方式中,发送端是采用某一个相位作为基准,所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化,则在接收端回复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般不采用绝对移相方式,而采用相对移相方式。定义为本码元初相与前一码元初相之差,假设: →数字信息“0”; →数字信息“1”。 则数字信息序列与2DPSK信号的码元相位关系可举例表示如下: 数字信息: 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 DPSK信号相位:0

或 : 1.2 2DPSK 信号的调制原理 一般来说,2DPSK 信号有两种调试方法,即模拟调制法和键控法。2DPSK 信号的的模拟调制法框图如图1.2.1所示,其中码变换的过程为将输入的单极性不归零码转换为双极性不归零码。 图1.2.1 模拟调制法 2DPSK 信号的的键控调制法框图如图1.2.2所示,其中码变换的过程为将输入的基带信号差分,即变为它的相对码。选相开关作用为当输入为数字信息“0” 时接相位0,当输入数字信息为“1”时接pi 。 图1.2.2 键控法调制原理图 1.3 2DPSK 信号的解调原理 2DPSK 信号最常用的解调方法有两种,一种是极性比较和码变换法,另一种是差分相干解调法。 码变换 相乘 载波 s(t) e o (t)

基于MATLAB的语音信号滤波处理

基于MATLAB的语音信号滤波处理 题目:基于MATLAB的语音信号滤波处理 课程:数字信号处理 学院:电气工程学院 班级: 学生: 指导教师: 二O一三年十二月

目录CONTENTS 摘要 一、引言 二、正文 1.设计要求 2.设计步骤 3.设计内容 4.简易GUI设计 三、结论 四、收获与心得 五、附录

一、引言 随着Matlab仿真技术的推广,我们可以在计算机上对声音信号进行处理,甚至是模拟。通过计算机作图,采样,我们可以更加直观的了解语音信号的性质,通过matlab编程,调用相关的函数,我们可以非常方便的对信号进行运算和处理。 二、正文 2.1 设计要求 在有噪音的环境中录制语音,并设计滤波器去除噪声。 2.2 设计步骤 1.分析原始信号,画出原始信号频谱图及时频图,确定滤波器类型及相关指标; 2.按照类型及指标要求设计出滤波器,画出滤波器幅度和相位响应,分析该滤波器是否符合要求; 3.用所设计的滤波器对原始信号进行滤波处理,画出滤波后信号的频谱图及时频图; 4.对滤波前的信号进行分析比对,评估所设计滤波器性能。 2.3 设计内容 1.原始信号分析

分析信号的谱图可知,噪音在1650HZ和3300HZ附近的能量较高,而人声的能量基本位于1000HZ以下。因此,可以设计低通滤波器对信号进行去噪处理。 2.IIR滤波器设计 用双线性变换法分别设计了巴特沃斯低通滤波器和椭圆低通滤波器和带阻滤波器: ①巴特沃斯滤波器 fp=800;fs=1300;rs=35;rp=0.5; 程序代码如下: fp=800;fs=1300;rs=35;rp=0.5;Fs=44100; wp=2*Fs*tan(2*pi*fp/(2*Fs));ws=2*Fs*tan(2*pi*fs/(2*Fs)); [n,wn]=buttord(wp,ws,rp,rs,'s'); [b,a]=butter(n,wn,'s'); [num,den]=bilinear(b,a,Fs); [h,w]=freqz(num,den,512,Fs);

Matlab课程设计报告

自控系统仿真软件课程设计报告 MATLAB 设计题目:牛顿摆球 姓名: 学号: 院系: 班级:1203 指导教师: 2014年12月20日

一.课程设计目的 1、熟悉课程设计的基本流程; 2、掌握MATLAB语法结构及调试方法; 3、熟悉MATLAB函数调用,熟练二维画图; 4、掌握MATLAB语言在控制方面的运用; 5、学会用MATLAB进行基本仿真; 6、掌握MATLAB编程技巧,提高编程水平。 二.系统分析 1.题目的描述: (1)牛顿摆球原理描述 五个质量相同的球体由吊绳固定,彼此紧密排列。当摆动最右侧的球并在回摆时碰撞紧密排列的另外四个球,最左边的球将被弹出,并仅有最左边的球被弹出。当然此过程也是可逆的,当摆动最左侧的球撞击其它球时,最右侧的球会被弹出。当最右侧的两个球同时摆动并撞击其他球时,最左侧的两个球会被弹出。同理相反方向同样可行,并适用于更多的球。 为了更接近现实,在这里我将考虑重力及空气阻力的影响,摆球将不会永无止境的运动下去,由于外界因素的影响,摆球运动一段时间后将回归静止状态。(2)通过MATLAB动画程序制作软件,实现下述过程 当运行程序时,把最右边的小球拉到一定的高度放下,让其碰撞其余四个小球,仅让最左边的小球被弹出,当最左边小球回摆碰撞其它球时,最右边小球又被弹出,如此循环。由于是非理想条件下,摆球的摆动幅度会随摆动次数的增加越来越小,直到静止。 时间停顿两秒,把右边两小球一起拉到一定高度放下,让其碰撞其余三个球,同样仅让左边两球被弹出,当球回摆再次碰撞时,最右边两球又被同时弹出,如此循环,因为外界因素的影响,最终五个球都会静止下来。 (3)整个实验看似简单,但要在MATLAB上完成这样一个动画过程,还是需要下点功夫,克服困难的。经过自己的努力,终于实现了整个过程,这也是一种不小的收获。 2.设计要求: (1)能够实现有阻尼摆动,即摆幅随摆动次数增加越来越小,直到静止。(2)能够让摆球弧线摆动。 三.系统设计 1.系统设计过程 (1)通过函数axis建立坐标系 (2)在坐标系范围内通过函数line画各个支架 (3)通过函数title添加标题“动量守恒实验”、函数text添加标注“牛顿摆球” (4)通过函数line画出五个球,并设定其初始位置,颜色,大小,线条的擦拭方式

Matlab语音信号加噪、滤波处理及幅值幅频响应

课程设计二 基于MATLAB的语音信号采集与处理 一、实验目的和意义 1. MATLAB软件功能简介 MATLAB的名称源自Matrix Laboratory,1984年由美国Mathworks公司推向市场。它是一种科学计算软件,专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起,并提供了大量的内置函数,从而被广泛的应用于科学计算、控制系统和信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。 MATLAB软件包括五大通用功能,数值计算功能(Nemeric)、符号运算功能(Symbolic)、数据可视化功能(Graphic)、数字图形文字统一处理功能(Notebook)和建模仿真可视化功能(Simulink)。其中,符号运算功能的实现是通过请求MAPLE内核计算并将结果返回到MATLAB命令窗口。该软件有三大特点,一是功能强大;二是界面友善、语言自然;三是开放性强。目前,Mathworks公司已推出30多个应用工具箱。MATLAB在线性代数、矩阵分析、数值及优化、数值统计和随机信号分析、电路与系统、系统动力学、次那好和图像处理、控制理论分析和系统设计、过程控制、建模和仿真、通信系统以及财政金融等众多领域的理论研究和工程设计中得到了广泛应用。 MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算,而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能,能基本满足信号与系统课程的需求。例如解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是数值计算与仿真分析,主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应与阶跃响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。数值计算仿真分析可以帮助学生更深入地理解理论知识,并为将来使用MATLAB进行信号处理领域的各种分析和实际应用打下基础。2. 本题目的意义 本次课程设计的课题为《基于MATLAB的语音信号采集与处理》,学会运用MATLAB 的信号处理功能,采集语音信号,并对语音信号进行滤波及变换处理,观察其时域和频域特性,加深对信号处理理论的理解,并为今后熟练使用MATLAB进行系统的分析仿真和设计奠定基础。 二、实验原理:

matlab课程设计拟定题目

第一类:单位转换 1.长度单位换算的设计与实现 2.面积单位换算的设计与实现 3.体积单位换算的设计与实现 4.容积单位换算的设计与实现 5.质量单位换算的设计与实现 6.时间单位换算的设计与实现 7.温度单位换算的设计与实现 7.压强单位换算的设计与实现 8.角度单位换算的设计与实现 8.功率单位换算的设计与实现 第二类:曲线绘制 1.直线的自动绘制和相关计算 2.椭圆的自动绘制和相关计算 3.双曲线的自动绘制和相关计算 4.抛物线的自动绘制和相关计算 5.心脏线的自动绘制和相关计算 6.渐开线的自动绘制和相关计算 7.滚圆线的自动绘制和相关计算 8.三叶玫瑰线的自动绘制和相关计算9.四叶玫瑰线的自动绘制和相关计 10.阿基米德螺线的自动绘制和相关计算第三类:曲面绘制 1.球面的自动绘制和相关计算 2.椭球面的自动绘制和相关计算 3.单叶双曲面的自动绘制和相关计算 4.双叶双曲面的自动绘制和相关计算 5.抛物面的自动绘制和相关计算 6.双曲抛物面的自动绘制和相关计算 7.双曲柱面的自动绘制和相关计算 8.椭圆柱面的自动绘制和相关计算 9.抛物柱面的自动绘制和相关计算 10.圆锥面的自动绘制和相关计算 第四类:线性回归 1.男士身高体重相关计算经验公式 2.女士身高体重相关计算经验公式 3.男士胖瘦等级的确定 4.女士胖瘦等级的确定 5.男士身高脚长相关计算经验公式 6.女士身高脚长相关计算经验公式 7.父子身高相关性研究 8.母子身高相关性研究 9.父女身高相关性研究 10.母女身高相关性研究 第五类:学习成绩 1.期末总评自动计算的设计与实现 2.成绩等级自动评定的设计与实现 3.成绩分段自动统计的设计与实现 4.成绩分布折线自动绘制的设计与实现 5.成绩自动统计分析的设计与实现 6.试卷分布自动分析的设计与实现 7.试卷难度自动分析的设计与实现 8.考试成绩名次自动生成的设计与实现

matlab课程设计报告书

《计算机仿真及应用》课程设计报告书 学号:08057102,08057127 班级:自动化081 姓名陈婷,万嘉

目录 一、设计思想 二、设计步骤 三、调试过程 四、结果分析 五、心得体会 六、参考文献

选题一、 考虑如下图所示的电机拖动控制系统模型,该系统有双输入,给定输入)(t R 和负载输入)(t M 。 1、 编制MATLAB 程序推导出该系统的传递函数矩阵。 2、 若常系数增益为:C 1=Ka =Km =1,Kr =3,C2=0.8,Kb =1.5,时间常数T 1=5, T 2=0.5,绘制该系统的根轨迹、求出闭环零极点,分析系统的稳定性。若)(t R 和)(t M 分别为单位阶跃输入,绘制出该系统的阶跃响应图。(要求C 1,Ka ,Km ,Kr ,C2,Kb , T 1,T 2所有参数都是可调的) 一.设计思想 题目分析: 系统为双输入单输出系统,采用分开计算,再叠加。 要求参数均为可调,而matlb 中不能计算未赋值的函数,那么我们可以把参数设置为可输入变量,运行期间根据要求赋值。 设计思路: 使用append 命令连接系统框图。 选择‘参数=input('inputanumber:')’实现参数可调。 采用的方案: 将结构框图每条支路稍作简化,建立各条支路连接关系构造函数,运行得出相应的传递函数。 在得出传递函数的基础上,使用相应的指令求出系统闭环零极点、画出其根轨迹。 通过判断极点是否在左半平面来编程判断其系统是否稳定。 二.设计步骤 (1)将各模块的通路排序编号

(2)使用append命令实现各模块未连接的系统矩阵 (3)指定连接关系 (4)使用connect命令构造整个系统的模型 三.调试过程 出现问题分析及解决办法: 在调试过程出现很多平时不注意且不易寻找的问题,例如输入的逗号和分号在系统运行时不支持中文格式,这时需要将其全部换成英文格式,此类的程序错误需要细心。 在实现参数可调时初始是将其设为常量,再将其赋值进行系统运行,这样参数可调性差,后用‘参数=input('inputanumber:')’实现。 最后是在建立通路连接关系时需要细心。 四.结果分析 源代码: Syms C1 C2 Ka Kr Km Kb T1 T2 C1=input('inputanumber:') C2=input('inputanumber:') Ka=input('inputanumber:') Kr=input('inputanumber:') Km=input('inputanumber:') Kb=input('inputanumber:') T1=input('inputanumber:') T2=input('inputanumber:') G1=tf(C1,[0 1]); G2=tf(Ka*Kr,[0 1]); G3=tf(Km,[T1 1]); G4=tf(1,[T2 1]); G5=tf(1,[1 0]); G6=tf(-C2,1); G7=tf(-Kb,1); G8=tf(-1,1); Sys=append(G1,G2,G3,G4,G5,G6,G7,G8) Q=[1 0 0;2 1 6;3 2 7;4 3 8;5 4 0;6 5 0;7 4 0;8 0 0;]; INPUTS1=1; OUTPUTS=5; Ga=connect(Sys,Q,INPUTS1,OUTPUTS) INPUTS2=8; OUTPUTS=5; Gb=connect(Sys,Q,INPUTS2,OUTPUTS) rlocus(Ga)

基于MATLAB的语音信号采集与处理

工程设计论文 题目:基于MATLAB的语音信号采集与处理 姓名: 班级: 学号: 指导老师:

一.选题背景 1、实践意义: 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于方便有效地提取并表示语音信号所携带的信息。所以理解并掌握语音信号的时域和频域特性是非常重要的。 通过语音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.声音是人类常用工具,是相互传递信息的最重要的手段.虽然,人可以通过多种手段获得外界信息,但最重要,最精细的信息源只有语言,图像和文字三种.与用声音传递信息相比,显然用视觉和文字相互传递信息,其效果要差得多.这是因为语音中除包含实际发音容的话言信息外,还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息.所以,语音是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息的形式.另一方面,语言和语音与人的智力活动密切相关,与文化和社会的进步紧密相连,它具有最大的信息容量和最高的智能水平。 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,处理的目的是用于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,识别出讲话容,进行语音增强等. 语音信号处理是一门新兴的学科,同时又是综合性的多学科领域,

是一门涉及面很广的交叉学科.虽然从事达一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科.但是它与语音学,语言学,声学,认知科学,生理学,心理学及数理统计等许多学科也有非常密切的联系. 语音信号处理是许多信息领域应用的核心技术之一,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个.语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域,其研究涉及一系列前沿科研课题,巳处于迅速发展之中;其研究成果具有重要的学术及应用价值. 数字信号处理是利用计算机或专用处理设备,以数值计算的方法对信号进行采集、抽样、变换、综合、估值与识别等加工处理,借以达到提取信息和便于应用的目的。它在语音、雷达、图像、系统控制、通信、航空航天、生物医学等众多领域都获得了极其广泛的应用。具有灵活、精确、抗干扰强、度快等优点。 数字滤波器, 是数字信号处理中及其重要的一部分。随着信息时代和数字技术的发展,受到人们越来越多的重视。数字滤波器可以通过数值运算实现滤波,所以数字滤波器处理精度高、稳定、体积小、重量轻、灵活不存在阻抗匹配问题,可以实现模拟滤波器无法实现的特殊功能。数字滤波器种类很多,根据其实现的网络结构或者其冲激响应函数的时域特性,可分为两种,即有限冲激响应( FIR,Finite Impulse Response)滤波器和无限冲激响应( IIR,Infinite Impulse Response)滤波器。 FIR滤波器结构上主要是非递归结构,没有输出到输入的反馈,系统函数H (z)在处收敛,极点全部在z = 0处(因果系统),因而只能

matlab课程设计题目全

Matalab课后作业 学院:电气信息工程及其自动化 班级: 学号: 姓名: 完成日期: 2012年12月23日

1、 matlab 软件主要功能是什么?电气工程及其自动化专业本科生主要用到哪 些工具箱,各有什么功能? 答:(1)主要功能:工业研究与开发; 数学教学,特别是线性代数;数值分析和科学计算方面的教学与研究;电子学、控制理论和物理学等工程和科学学科方面的教学与研究; 经济学、化学和生物学等计算问题的所有其他领域中的教学与研究;符号计算功能;优化工具;数据分析和可视化功能;“活”笔记本功能;工具箱;非线性动态系统建模和仿真功能。 (2)常用工具箱: (a ) MATLAB 主工具箱:扩充matlab 的数值计算、符号运算功能、图形建模仿真功能、文字处理功能以及与硬件实时交互功能。 (b )符号数学工具箱:符号表达式、符号矩阵的创建;符号可变精度求解;因式分解、展开和简化;符号代数方程求解;符号微积分;符号微分方程。 (c ) SIMULINK 仿真工具箱: Simulink 是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统,包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统,Simulink 提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。 (d )信号处理工具箱:数字和模拟滤波器设计、应用及仿真;谱分析和估计;FFT 、DCT 等 变换;参数化模型。 (e )控制系统工具箱:连续系统设计和离散系统设计;状态空间和传递函数以及模型转换;时域响应(脉冲响应、阶跃响应、斜坡响应);频域响应(Bode 图、Nyquist 图);根轨迹、极点配置。 2、设y=23e t 4-sin(43t+3 ),要求以0.01秒为间隔,求出y 的151个点,并求出其导数的值和曲线。 程序如下: clc clear x=0:0.01:1.5; y=sqrt(3)/2*exp(-4*x).*sin(4*sqrt(3)*x+pi/3); y1=diff(y); subplot(2,1,1) plot(x,y) subplot(2,1,2) plot(x(1:150),y1) 曲线如下图所示:

matlab音频降噪课程设计报告

matlab音频降噪课程设计报告

燕山大学 医学软件课程设计说明书 题目:基于MATLAB巴特沃斯滤波器的音频去噪的GUI设计 学院(系):电气工程学院 年级专业: 13级生物医学工程 2 班 学号: 130103040041 学生姓名:魏鑫 指导教师:许全盛 1

院(系):电气工程学院基层教学单位:生物医学工程系 学号130103040041 学生 姓名 魏鑫 专业(班 级) 13级生 物医学 工程2 班 设计 题目 基于MATLAB音频去噪的GUI设计设 计 技术参数通带截止频率fp=2700;阻带截止频率fs=3000;采样频率FS=48000; 通带衰减不大于1dB;阻带衰减不小于10dB; 设计要求1.实现用MATLAB导入音频; 2.对音频进行频谱分析; 3.设计滤波器去噪并对含噪信号进行滤 2

波并进行功率谱分析; 4.设计能实现上述功能的GUI; 工作量1.完成音频录入及频谱分析相关程序的编写与调试; 2.设计滤波器去噪; 3.用MATLAB软件做GUI界面的设计; 工作计划11.21-11.24 MATLAB软件中GUIDE 工具箱的使用 11.25-11.29 各处理算法模块的编程实现 11.30-12.1 整体程序联调 12.2 撰写课程设计说明书,答辩 参考资料 1. 陈怀琛吴大正 MATLAB及在电子信息课程中的应用[M] 北京电子工业出版社 2006. 章节2.4; 2. 陈亚勇 MATLAB信号处理详解[M] 北京:人民邮电出版社 2000. 第十 3

章; 3.张康刘雅基于Matlab的巴特沃斯 数字低通滤波器的设计[J] 计算机与现代化 2007年 12期 98-100页 指导 教师签字许全盛 基层教学单 位主任签字 彭勇 目录 一、设计目的意义 (1) 1.1绪论 (1) 1.2设计目的 (1) 1.3意义 (1) 二、设计内容 (2) 2.1 设计原理 (2) 2.2 设计内容 (2) 三、设计过程及结果分析 (3) 3.1 设计步骤 (3) 4

基于matlab的语音信号滤波处理——数字信号处理课程设计

数字信号处理课程设计 题目:基于matlab的语音信号滤波处理学院:物理与电子信息工程 专业:电子信息工程 班级: B07073041 学号: 200932000066 姓名:高珊 指导教师:任先平

摘要: 语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴学科,是目前发展最为迅速的学科之一,通过语音传递信息是人类最重要,最有效,最常用和最方便的交换信息手段,所以对其的研究更显得尤为重要。 Matlab语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件,它可以将声音文件变换成离散的数据文件,然后用起强大的矩阵运算能力处理数据。这为我们的本次设计提供了强大并良好的环境! 本设计要求自己录制一段自己的语音后,在MATLAB软件中采集语音信号、回放语音信号并画出语音信号的时域波形和频谱图。再在Matlab中分别设计不同形式的FIR数字滤波器。之后对采集的语音信号经过不同的滤波器(低通、高通、带通)后,观察不同的波形,并进行时域和频谱的分析。对比处理前后的时域图和频谱图,分析各种滤波器对于语音信号的影响。最后分别收听进行滤波后的语音信号效果,做到了解在怎么样的情况下该用怎么样的滤波器。

目录 1.设计内容 (4) 2.设计原理 (4) 2.1语音信号的时域分析 (4) 2.2语音信号的频域分析 (5) 3.设计过程 (5) 3.1实验程序源代码 (6) 3.1.1原语音信号时域、频域图 (6) 3.1.2低通滤波器的设计 (6) 3.1.3高通滤波器的设计 (7) 3.1.4带通滤波器的设计 (8) 3.1.5语音信号的回放 (9) 3.2调试结果描述 (10) 3.3所遇问题及结果分析 (15) 3.3.1所遇主要问题 (16) 3.3.2结果分析 (16) 4.体会与收获 (17) 5.参考文献 (17)

通信工程学院matlab课程设计报告

南京工程学院 课程设计说明书(论文)题目模拟信号的数字化 课程名称Matlab通信仿真设计 院(系、部、中心)通信工程学院 专业电子信息工程(传感网) 班级 学生姓名X X X 学号 2 0 8 1 1 0 7 3 2 设计地点信息楼C 216 指导教师潘子宇

设计起止时间:2014年1月10日至2014年 1 月14日

目录 一、内容摘要 (1) 二、课程设计目的和要求 (2) 三、课程设计任务 (2) 四、课程设计软件介绍 (3) 五、课程设计原理 (4) 六、PCM编码及仿真参数设置 (9) 七、PCM解码及仿真参数设置 (11) 八、PCM串行传输模型及仿真参数设置 (13) 九、课程设计成品图 (14) 十、SCOPE端的最终波形图 (14) 十一、主要参考文献 (15)

十二、总结与体会 (15) 一、内容摘要 MATLAB软件是矩阵实验室的简称,是美国M a t h W or k s公司出品的商业数学软件, 可用于算法开发、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境, 广泛用于数字信号分析,系统识别,时序分析与建模, 神经网络、动态仿真等方面有着广泛的应用。主要包括MATLAB和Simulink两大部分。Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序,而只需要通过简单直观的鼠标操作,就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具,是一种基于MATLAB的框图设计环境,是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包,被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模,它也支持多速率系统,也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型,Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ,这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成,它提供了一种更快捷、直接明了的方式,而且用户可以立即看到系统的仿真结果。 Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对各种时变系统,包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统,Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。.

matlab车牌识别课程设计报告(附源代码)

Matlab程序设计任务书 分院(系)信息科学与工程专业 学生姓名学号 设计题目车牌识别系统设计 内容及要求: 车牌定位系统的目的在于正确获取整个图像中车牌的区域,并识别出车牌号。通过设计实现车牌识别系统,能够提高学生 分析问题和解决问题的能力,还能培养一定的科研能力。 1.牌照识别系统应包括车辆检测、图像采集、牌照识别等几 部分。 2.当车辆检测部分检测到车辆到达时,触发图像采集单元,采 集当前的视频图像。 3.牌照识别单元对图像进行处理,定位出牌照位置,再将牌 照中的字符分割出来进行识别,然后组成牌照号码输出。 进度安排: 19周:Matlab环境熟悉与基础知识学习 19周:课程设计选题与题目分析 20周:程序设计编程实现 20周:课程设计验收与答辩 指导教师(签字): 年月日学院院长(签字): 年月日 目录

一.课程设计目的 (3) 二.设计原理 (3) 三.详细设计步骤 (3) 四. 设计结果及分析 (18) 五. 总结 (19) 六. 设计体会 (20) 七. 参考文献 (21) 一、课程设计目的 车牌定位系统的目的在于正确获取整个图像中车牌的区域,并识别出车牌号。通过

设计实现车牌识别系统,能够提高学生分析问题和解决问题的能力,还能培养一定的科研能力。 二、设计原理: 牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照号码、牌照颜色自动识别的模式识别技术。其硬件基础一般包括触发设备、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机等,其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。某些牌照识别系统还具有通过视频图像判断车辆驶入视野的功能称之为视频车辆检测。一个完整的牌照识别系统应包括车辆检测、图像采集、牌照识别等几部分。当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元,采集当前的视频图像。牌照识别单元对图像进行处理,定位出牌照位置,再将牌照中的字符分割出来进行识别,然后组成牌照号码输出。 三、详细设计步骤: 1. 提出总体设计方案: 牌照号码、颜色识别 为了进行牌照识别,需要以下几个基本的步骤: a.牌照定位,定位图片中的牌照位置;

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

数字图像处理 课程设计报告 matlab

欢迎阅读数字图像处理 课程设计报告 姓名: 学号: 班级: .net 设计题目:图像处理 教师:赵哲老师 提交日期: 12月29日

一、设计内容: 主题:《图像处理》 详细说明:对图像进行处理(简单滤镜,模糊,锐化,高斯模糊等),对图像进行处理(上下对称,左右对称,单双色显示,亮暗程度调整等),对图像进行特效处理(反色,实色混合,色彩平衡,浮雕效果,素描效果,雾化效果等), 二、涉及知识内容: 1、二值化 2、各种滤波 3、算法等 三、设计流程图 插入图片 对图片进行处理 二值化处理 重复 输出两幅图 结束 四、实例分析及截图效果: 运行效果截图: 第一步:读取原图,并显示 close all;clear;clc; % 清楚工作窗口clc 清空变量clear 关闭打开的窗口close all I=imread('1.jpg'); % 插入图片1.jpg 赋给I imshow(I);% 输出图I I1=rgb2gray(I);%图片变灰度图 figure%新建窗口

subplot(321);% 3行2列第一幅图 imhist(I1);%输出图片 title('原图直方图');%图片名称 一,图像处理模糊 H=fspecial('motion',40); %% 滤波算子模糊程度40 motion运动 q=imfilter(I,H,'replicate');%imfilter实现线性空间滤波函数,I图经过H滤波处理,replicate反复复制 q1=rgb2gray(q); imhist(q1); title('模糊图直方图'); 二,图像处理锐化 H=fspecial('unsharp');%锐化滤波算子,unsharp不清晰的 qq=imfilter(I,H,'replicate'); qq1=rgb2gray(qq); imhist(qq1); title('锐化图直方图'); 三,图像处理浮雕(来源网络) %浮雕图 l=imread('1.jpg'); f0=rgb2gray(l);%变灰度图 f1=imnoise(f0,'speckle',0.01); %高斯噪声加入密度为0.01的高斯乘性噪声 imnoise噪声污染图像函数 speckle斑点 f1=im2double(f1);%把图像数据类型转换为双精度浮点类型 h3=1/9.*[1 1 1;1 1 1;1 1 1]; %采用h3对图像f2进行卷积滤波 f4=conv2(f1,h3,'same'); %进行sobel滤波 h2=fspecial('sobel'); g3=filter2(h2,f1,'same');%卷积和多项式相乘 same相同的 k=mat2gray(g3);% 实现图像矩阵的归一化操作 四,图像处理素描(来源网络) f=imread('1.jpg'); [VG,A,PPG] = colorgrad(f); ppg = im2uint8(PPG); ppgf = 255 - ppg; [M,N] = size(ppgf);T=200; ppgf1 = zeros(M,N); for ii = 1:M for jj = 1:N if ppgf(ii,jj)

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