语音信号的采集与处理

中北大学课程设计说明书学生姓名：学号：学院：信息与通信工程学院专业：电子信息工程题目：信息处理综合实践:语音信号的采集与处理指导教师：陈友兴职称:副教授2014年6月27日中北大学课程设计任务书13/14学年第二学期学院：信息与通信工程学院专业：电子信息工程学生姓名：学号：学生姓名：学号：学生姓名：学号：课程设计题目：信息处理综合实践:语音信号的采集与处理起迄日期：2014年6月9日～2014年6月27日课程设计地点：学院楼201实验室指导教师：陈友兴负责人：王浩全下达任务书日期:2014年6月9日课程设计任务书1．设计目的：（1）掌握USB总线或PCI总线的基本结构，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构；（2）掌握数据采集卡采集数据的过程和原理；（3）了解MATLAB的信号处理技术；（4）掌握MATLAB实现信号的读取、保存、显示、基本运算、频谱分析和滤波。2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）查阅相关资料，撰写关于基于USB总线或PCI总线A/D卡的报告；（2）采用麦克和声卡采集人的说话信号、音乐信号和噪音信号；（3）采用MATLAB读取读取上述信号，并分别进行频率分析；（4）将上述任意两个信号求和，分析频谱，并尝试通过滤波器进行分离；（5）将上述任意两个信号相乘，分析频谱，并尝试通过滤波器进行分离；（6）将上述信号进行拼接，并保存到文件中；（7）提高内容：编写A/D卡采集数据程序。3．设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕：（1）要求设计组的每个成员都要了解设计的要求和思路；（2）MATLAB数据处理部分要求有正确的运行结果及结果分析；（3）总线部分和A/D采集卡部分要求每位同学有自己的理解；（4）每位同学针对上述内容撰写设计说明书（每人1份）。课程设计任务书4．主要参考文献：[1]徐明远,刘增力.MATLAB仿真在信号处理中的应用.西安：西安电子科技大学出版社,2007[2]丛玉良,王宏志.数字信号处理原理及其MATLAB实现(第2版).北京：电子工业出版社，2009[3]张兰勇，孙健，孙晓云等.LabVIEW程序设计基础与提高.北京：机械工业出版社，2012[4]雷学堂，徐火希.可直接感受的基于MATLAB的语音滤波.合肥学院学报，2006,16(3):48~51[5]王恺，吕英俊，亓学广.基于LabVIEW的语音噪声数字滤波器的设计.工矿自动化，2011,1(8):26~28[6]章佳荣,赵国宇.精通LabVIEW虚拟仪器程序设计与案例实现.北京：人民邮电出版社，20135．设计成果形式及要求：每个同学各提供详细的设计说明书一份6．工作计划及进度：2014年6月9日~6月15日：查资料，了解基于USB总线或PCI总线A/D卡的通用结构以及A/D采集卡的应用；6月16日~6月24日：在老师知道下完成课程设计内容；6月25日~6月27日：撰写课程设计说明书、答辩；负责人审查意见：签字：年月日目录1A/D卡设计........................................................21.1基于PCI总线的A/D卡........................................21.2基于USB总线的A/D卡........................................31.2.1USB总线介绍............................................31.2.2USB接口电路设计........................................31.2.3USB接口的数据采集系统的设计实现........................41.2.4A／D转换电路...........................................42语音信号采集与处理................................................42.1引言........................................................42.2课程设计内容及要求..........................................52.3系统方案设计................................................52.3.1语音信号的采集设计......................................52.3.2语音信号的处理设计......................................72.4语音信号处理基本知识........................................82.4.1声卡....................................................82.4.2声卡的主要技术参数......................................92.4.3Matlab处理语音信号....................................102.4.4语音信号时域分析.....................................112.4.5语音信号频域分析.....................................112.5语音信号的采集设计.........................................122.5.1数据采集程序...........................................122.5.2数据处理程序...........................................122.5.3数据保存程序...........................................122.5.4语音信号采集效果图.....................................122.6语音信号处理的设计.........................................142.6.1语音信号、噪声信号、音乐信号频谱分析...................142.6.2将语音信号与噪声信号求和...............................152.6.3语音信号、噪声信号求乘.................................182.6.4语音信号、噪声信号拼接.................................192.7结果分析...................................................222.8心得体会...................................................232.9参考文献...................................................23总报告及程序源码以及LABVIEW文件请右键点此下载下面是做完之后成品的报告1A/D卡设计1.1基于PCI总线的A/D卡1、PCI总线的含义PCI是由Intel公司1991年推出的一种局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能，它为显卡、声卡、网卡、MODEM等设备提供了连接接口，它的工作频率为33MHz/66MHz。PCI是PeripheralComponentInterconnect(外设部件互连标准）的缩写，它是目前个人电脑中使用最为广泛的接口，几乎所有的主板产品上都带有这种插槽。PCI插槽也是主板带有最多数量的插槽类型，在目前流行的台式机主板上，ATX结构的主板一般带有5～6个PCI插槽，而小一点的MATX主板也都带有2～3个PCI插槽，可见其应用的广泛性。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。图1.1典型的PCI系统总线构成2、PCI总线的基本含义不同于ISA总线，PCI总线的地址总线与数据总线是分时复用的。这样做的好处是，一方面可以节省接插件的管脚数，另一方面便于实现突发数据传输。在做数据传输时，由一个PCI设备做发起者（主控，Initiator或Master），而另一个PCI设备做目标（从设备，Target或Slave）。总线上的所有时序的产生与控制，都由Master来发起。PCI总线在同一时刻只能供一对设备完成传输，这就要求有一个仲裁机构（Arbiter），来决定在谁有权力拿到总线的主控权。当PCI总线进行操作时，发起者（Master）先置REQ#，当得到仲裁器（Arbiter）的许可时（GNT#），会将FRAME#置低，并在AD总线上放置Slave地址，同时C/BE#放置命令信号，说明接下来的传输类型。所有PCI总线上设备都需对此地址译码，被选中的设备要置DEVSEL#以声明自己被选中。然后当IRDY#与TRDY#都置低时，可以传输数据。当Master数据传输结束前，将FRAME#置高以标明只剩最后一组数据要传输，并在传完数据后放开IRDY#以释放总线控制权。1.2基于USB总线的A/D卡1.2.1USB总线介绍USB总线为通用串行总线，USB接口位于PS/2接口和串并口之间，允许外设在开机状态下热插拔，最多可串接下来127个外设，传输速率可达480Mb/S，P它可以向低压设备提供5伏电源，同时可以减少PC机I/O接口数量。USB是基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。数据采集就是把来自各种传感器的信号数据实时地、准确地测量或汇集起来,用计算机进行实时处理或记录存储,实时完成测试和控制功能。数据采集系统结构通过微机的标准接口连接各种功能模块、仪器仪表和传感器,组成测量系统。1.2.2USB接口电路设计图1.2USB接口电路结构图R3是上拉电阻器，它可使USB口的D+端上拉到DS2490S的VB端，表示USB主机系统是高速设备，同时这个上拉电阻器告诉主机有USB设备插入。该上拉电阻器的设置对适配器的影响很大，它的负载值和1-Wire网络的总长决定1-Wire总线电压上升到5V的速度。经过实验测试选择R3的阻值为27Ω±lO%。R1、R2为USB数据线保护电阻器。L、L2具有禁止高频干扰并且减弱EMI辐射的功能。LF33CV为3.3V电压稳压器，与周围元件C1、C2组成强上拉部分，给EEPROM或温度传感器等器件提供额外的电源。1.2.3USB接口的数据采集系统的设计实现数据采集系统使用采集卡进行数据采集,然后经过A/D转换器供计算机加工处理。基于USB接口的数据采集与频谱分析系统本系统结构由硬件部分和软件部分组成,硬件部分主要有计算机、I/O接口设备.计算机作为硬件平台的核心可采用台式机,系统采用的I/O设备为A/D数据采集卡,该采集卡是一种基于USB总线数据采集产品,可与带USB接口的各种台式计算机、笔记本电脑、工控机连接构成高性能的数据采集测量系统.整个系统主要由4部分组成：USB接口芯片及外围电路、控制电路、数据缓冲电路和A／D转换电路。USB接口芯片选择了Cypress公司的EZ-USB2131Q，该芯片内嵌8051控制器，因此整个系统以EZ-USB控制器为核心，由EZ-USB经控制电路实现对A／D转换电路和数据缓冲电路的控制，模拟信号转换后的数据送