数字信号处理终期报告改

1《数字信号处理B》课程项目实施报告题目：设计数字音效处理器组号：20任课教师：方勇联系方式：18302165260二零一五年十月十九日一、项目实施方案...........................................................................................................................3㈠项目要求...............................................................................................................................3㈡设计思想...............................................................................................................................3㈢设计指标...............................................................................................................................4㈣实现方式...............................................................................................................................5一．系统设计及可行性分析.........................................................................................................5㈠人机交互界面.......................................................................................................................5（1）.设计步骤................................................................................................................5（2）.设计过程及内容....................................................................................................62（3）.人机交互界面........................................................................................................6㈡语音识别...............................................................................................................................6⑴原理...............................................................................................................................6⑵主要代码.......................................................................................................................8⑶测试过程.......................................................................................................................8⑷结果分析.......................................................................................................................9㈢降噪.......................................................................................................................................93.1小波与谱减法降噪....................................................................................................93.2功频降噪...................................................................................................................123.3环境降噪...................................................................................................................13㈣音频特效.............................................................................................................................154.1.倒序播放...................................................................................................................154.2变声小黄人...............................................................................................................164.3数字均衡器...............................................................................................................163一、项目实施方案㈠项目要求设计一个数字音效处理器，能够实现语音信号的各种音效处理。（1）输入语音信号源为实际环境采集语音；（2）至少实现3种音效处理功能（其中至少包含下述2种功能：1、项目组5人的语音识别；2、10秒以上的实际语音至少；3、3种类型噪声的降除）；（3）用人机交互界面操控、扬声器/耳机输出音效。㈡设计思想通过MATLAB软件我们可以方便地进行音频信号的处理，利用离散付里叶变换及其反变换进行频谱分析；音频信号采样后通过对时域信号和频域采样频率的处理等方法，做出各种音效效果。另外，利用MATLAB可减少工作量，节约时间，加深理解，同样可以培养应用能力。同时，人机交互界面可以由MATLAB内的GUI实现框图如下：人机交互界面语音识别语音特效录音识别与防伪时域图白噪声功频噪声环境噪声倒序播放变声小黄人数字均衡器降噪加噪41.使用MATLAB软件，利用库里的函数和功能，使得人机交互界面制作比较简单，也方便录音和对音频信号进行处理。2.设计数字滤波器组，对语音信号进行降噪处理，并对降噪前后的语音信号进行时域和频域的分析。3.通过对音频信号的时域采样和频域处理，设计各种音频特效，如：变声器，倒序播放。㈢设计指标1、外界声音的采集及简单处理利用MATLAB自带录音功能，按下开始录音按钮，对外界声音进行采集。要保存文件时,利用了计算机上的A/D转换器,把模拟的声音信号变成了离散的量化了的数字信号，录音完成后保存为wav.文件。在MATLAB软件平台下利用函数wavread对语音信号进行读取,得到了声音数据变量。为了更方便的进行实时音效处理，我们添加了实时录音功能并直接对录音采样完的数据进行音频处理，这样音频处理的效率更高。然后对语音信号进行频谱分析,在MATLAB中首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性，分析基频。这样方便和之后处理后的时域波形和频域波形进行比较，从而从时域和频域特性上看到音频信号的变化，语音处理的效果。2、对采集的声音进行音效处理我们项目小组实现下列各项音效处理效果：①实现项目组5人的语音识别；②实现3种类型噪声的降除,包括白噪声、功频噪声和环境噪声；③实现倒序播放；④实现变声小黄人⑤实现数字均衡器等测试方法：在MATLAB中首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性。将处理前后的时域波形和频域波形进行比5较，分析其在形状，数值上面的差异，结合音效变换的原理，判断功能是否实现。同时使用audioplayer函数对音频进行回放，方便直观的比较音效变换结果是否与预期相符，如果相差太多，则继续修改代码或者参数。㈣实现方式利用MATLAB编程实现音频信号处理并分析处理后的音频时域频域特性，比较处理前后音频播放效果。利用MATLAB中GUI实现人机交互界面的设计。一．系统设计及可行性分析㈠人机交互界面GUIDE相当于一个控制面板，从中可以调用各种设计工具以辅助完成界面设计任务，例如控件的创建和布局、控件属性的编辑和菜单设计等。（1）.设计步骤①将所需控件从控件面板拖拽到GUIDE的设计区域；②利用工具条中的工具（或相应的菜单和现场菜单），快速完成界面布局；③设置控件的属性。尤其是tag属性，它是控件在程序内部的唯一标识；④如果需要，打开菜单编辑器为界面添加菜单或现场菜单；⑤保存设计。GUIDE默认把GUI程序保存为两个同名文件：一个是.fig文件，用来保存窗体布局和所有控件的界面信息；一个是m文件，该文件的初始内容是GUIDE自动产生的程序框架，其中包括了各个控件回调函数的定义。该m文件与一般的M文件没有本质区别，但是鉴于它的特殊性，MATALAB把这类文件统称为GUI-M文件。保存完后GUI-M文件自动在编辑调试器中打开以供编辑。⑥为每个回调函数添加代码以实现GUI程序的具体功能。这一步与一般函数文件的编辑调试过程相同。6（2）.设计过程及内容在MATLAB版面上，通过键入GUIDE弹出一个菜单栏进入gui制作界面（或者在File到new来进入gui）,从而开始应用界面的制作。该界面主要实现了以下几个功能：①打开wav格式的音频文件，并将该音频信号的值读取并赋予某一向量；②播放音频文件，可以选择性的显示该音频信号的波形、频谱、幅值以及相位；（3）.人机交互界面㈡语音识别⑴原理我们采用了MFCC算法提取录音码本的特征函数，然后将2段MFCC矩阵进行用VQ方法计算平均失真测度最后比较判断声源的归属MFCC参数是基于人的听觉特性利用人听觉的屏蔽效应，在Mel标度频率域提取出来的倒谱特征参数，其提取过程如下:a)对输入的语音信号进行分帧、加窗，然后作离散傅立叶变换，获得频谱7分布信息。设语音信号的DFT为（其中式中xn为输入的语音信号，N表示傅立叶变换的点数）：211()(),01jnkNNanXkxnekN