數(shù)字信號(hào)處理-綜合實(shí)驗(yàn).doc
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一、 語音數(shù)字濾波系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 原理 實(shí)驗(yàn)中所需理論包括采樣定理、時(shí)域信號(hào)的FFT分析及數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理和方法 采樣定理:在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中,當(dāng)采樣頻率大于等于信號(hào)最高截止頻率的2倍時(shí),即:,則采樣之后的數(shù)字信號(hào)完整地保留了原始信號(hào)中的信息,一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號(hào)最高截止頻率的5~10倍;采樣定理又稱奈奎斯特定理。 2. 任務(wù) 試編制一MATLAB或LabVIEW程序,實(shí)現(xiàn)語音數(shù)字濾波系統(tǒng)的用戶界面設(shè)計(jì),在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上完成的功能包括: (1)對(duì)于任意的語音信號(hào)進(jìn)行采樣并對(duì)加入加性噪聲的信號(hào)作頻譜分析; (2)通過頻譜分析選擇合適的濾波器性能指標(biāo),設(shè)計(jì)合適的數(shù)字濾波器,并對(duì)含噪音的語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波,得出濾波器的時(shí)域波形和頻譜; (3)對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,分析信號(hào)的變化;回放語音信號(hào),對(duì)濾波前后的聲音進(jìn)行比較。 3. 思考題 (1)試分析各種不同類型濾波器的性能。 (2)試分析語音信號(hào)中的低頻、中頻和高頻成分的特點(diǎn)及適合采用的濾波器類型。 二、 音頻信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1. 原理 實(shí)驗(yàn)中所需理論包括采樣定理(可參照語音數(shù)字濾波系統(tǒng)設(shè)計(jì))、時(shí)域信號(hào)的FFT分析、AM調(diào)制解調(diào)原理及IIR巴特沃斯濾波器和FIR窗函數(shù)法濾波器設(shè)計(jì)原理和方法。 調(diào)制,就是用一個(gè)信號(hào)(原信號(hào)也稱調(diào)制信號(hào))去控制另一個(gè)信號(hào)(載波信號(hào))的某個(gè)參量,從而產(chǎn)生已調(diào)制信號(hào);解調(diào)則是相反的過程,即從已調(diào)制信號(hào)中恢復(fù)出原信號(hào)。 幅度調(diào)制(AM)是用調(diào)制信號(hào)去控制高頻載波的振幅,使其按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化,其它參數(shù)不變。 假設(shè)調(diào)制信號(hào)的平均值為0,將其疊加一個(gè)直流偏量后與載波相乘即可形成調(diào)幅信號(hào)。其時(shí)域表示式為 式中:為載波信號(hào);為外加的直流分量;可以是確知信號(hào),也可以是隨機(jī)信號(hào)。 2. 任務(wù) 試編制MATLAB或LabVIEW程序,實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)處理系統(tǒng)的GUI用戶界面設(shè)計(jì),在所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上完成的功能包括以下各個(gè)實(shí)驗(yàn)的輸出波形和頻譜: (1)利用Windows下的錄音機(jī)設(shè)備錄制一段音樂信號(hào)或采用其它軟件截取一段音樂信號(hào),觀察音樂信號(hào)的音譜和頻譜(要求時(shí)間不超過5s,文件格式為wav格式); (2)觀察音樂信號(hào)頻率上限,選擇適當(dāng)?shù)某槿¢g隔對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣,給出采樣后音樂信號(hào)的波形和頻譜,并解釋現(xiàn)象(要求是代表混疊和非混疊的兩種采樣間隔); (3)觀察音樂信號(hào)頻率上限,選擇適當(dāng)兩種高、低頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制(AM); (4)設(shè)計(jì)IIR巴特沃斯濾波器和窗函數(shù)法的FIR濾波器,并實(shí)現(xiàn)同步解調(diào),并給出輸出波形和解釋現(xiàn)象; (5)對(duì)音樂信號(hào)疊加噪聲,觀察噪聲信號(hào)的頻譜及加噪后音樂信號(hào)的音譜及頻譜,并設(shè)計(jì)合適的濾波器去噪,觀察去噪后的音譜和頻譜; 3. 思考題 1. 試分析IIR數(shù)字濾波器與FIR數(shù)字濾波器的性能比較。 2. 試分析音樂信號(hào)的幅度與相位特征對(duì)信號(hào)有哪些影響? 三、數(shù)字音效處理器的設(shè)計(jì) 1. 目標(biāo) 1.掌握Matlab的基本編程語句; 2. 掌握在Windows環(huán)境下音頻信號(hào)的采集方法; 3. 掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本理論和基本方法; 4. 掌握Matlab處理數(shù)字信號(hào)、進(jìn)行頻譜分析、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的編程方法。 2. 任務(wù) 1. 要求利用Windows下的錄音機(jī),錄制一段自己的話音,時(shí)間在5s內(nèi),存為*.WAV的文件。然后在Matlab軟件平臺(tái)下,利用函數(shù)wavread對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣,記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。 2. 對(duì)語音號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換,得到信號(hào)的頻譜特性,分析基頻。 3. 設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器,各濾波器的性能指標(biāo)為: (1)低通濾波器性能指標(biāo)fb=1000Hz,fc=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB。 (2)高通濾波器性能指標(biāo)fc=4800Hz,fb=5000Hz As=100dB,Ap=1dB。 (3)帶通濾波器性能指標(biāo)fb1=1200Hz,fb2=3000Hz,fc1=1000Hz,fc2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB 4. 用濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波,觀察比較濾波前后語音信號(hào)的波形及頻譜。 5. 實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)放大和衰減及對(duì)錄音內(nèi)容倒播放功能,觀察語音信號(hào)的波形及頻譜。 6. 實(shí)現(xiàn)混音和回音的音效效果,觀察語音信號(hào)的波形及頻譜。 7. 實(shí)現(xiàn)男女變聲音效效果,觀察語音信號(hào)的波形及頻譜。 8. 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的用戶界面(GUI)。 3. 思考題 1. 試用MATLAB編寫男人、女人、老人和小孩的之間相互變聲程序? 2. 試分析音頻信號(hào)的幅度與相位特征對(duì)信號(hào)有哪些影響? 四、頻譜分析儀設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)要求:設(shè)計(jì)一種基于MATLAB GUI的頻譜分析儀,實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)頻譜分析的功能。通過其GUI界面操作,對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。通過時(shí)域分析可以看到輸入信號(hào)的波形以及該信號(hào)的某些特征值,如頻率、幅值、相位、周期等,通過頻域分析可以得到一維和二維信號(hào)的頻譜特性。 參考: 五、數(shù)字電子琴設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)要求: 設(shè)計(jì)一種基于MATLAB GUI或是Labview是數(shù)字電子琴。利用琴鍵的發(fā)聲原理,針對(duì)不同的MIDI碼對(duì)應(yīng)不同頻率的音符,實(shí)現(xiàn)琴鍵的發(fā)聲;同時(shí)設(shè)計(jì)了數(shù)字濾波器,并利用快速傅里葉變換對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行了頻譜分析;對(duì)電子琴設(shè)計(jì)添加輔助功能,如選擇音長(zhǎng)、選擇包絡(luò)、演奏樂譜、升降調(diào)處理、播放音頻等。 數(shù)字電子琴功能說明: 1、單音鍵盤發(fā)聲:鼠標(biāo)點(diǎn)擊每個(gè)琴鍵,都會(huì)發(fā)出聲音。同時(shí)在提示框處顯示當(dāng)前音調(diào)。 2、鍵盤代替鼠標(biāo)輸入:該設(shè)計(jì)中每個(gè)琴鍵上標(biāo)寫的字母或數(shù)字均與電腦鍵盤一一對(duì)應(yīng)。按下電腦鍵盤(大寫鎖定狀態(tài)下),對(duì)應(yīng)的琴鍵發(fā)出聲音。實(shí)現(xiàn)鍵盤代替鼠標(biāo)輸入。同時(shí)在提示框處顯示當(dāng)前音調(diào)。 3、鍵盤播放后存儲(chǔ)并統(tǒng)一播放:點(diǎn)擊“錄音”按鈕,然后通過電腦鍵盤或鼠標(biāo)點(diǎn)擊琴鍵,再點(diǎn)擊“停止”按鈕,完成鍵盤存儲(chǔ)。最后點(diǎn)擊“回放”按鈕,完成對(duì)存儲(chǔ)的鍵盤操作統(tǒng)一播放。各步驟的信息均會(huì)在提示框處顯示。 4、琴鍵效果:該設(shè)計(jì)中的琴鍵被按下后,顏色都會(huì)發(fā)生改變。抬起時(shí)琴鍵顏色也會(huì)發(fā)生改變。使得琴鍵按下和抬起的效果更明顯。 5、音長(zhǎng)的選擇:在該設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)了一個(gè)音效長(zhǎng)短的選擇模塊,通過選擇長(zhǎng)音、中音或短音,可以改變音的長(zhǎng)短。同時(shí)在提示框處顯示當(dāng)前音長(zhǎng)。 6、包絡(luò)的選擇:在該設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)了包絡(luò)的選擇模塊,通過選擇正弦波、三角波、指數(shù)波、方波,可以改變音型,并顯示在畫圖模塊里。同時(shí)在提示框處顯示當(dāng)前包絡(luò)。 7、演奏樂譜:點(diǎn)擊“選擇”按鈕,選擇編寫好的樂譜文件(如該文件夾中的test.txt),點(diǎn)擊“開始”,可以播放該樂譜文件;也可以點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕,對(duì)樂譜文件進(jìn)行暫停和停止操作。同時(shí)在提示框處會(huì)顯示相關(guān)信息,若沒有選擇文件,則會(huì)提示“請(qǐng)先載入樂譜”。 8、播放音頻:點(diǎn)擊“選擇”按鈕,選擇wav格式音頻文件(如該文件夾中的e-organ.wav),點(diǎn)擊“開始”,可以播放該音頻文件;也可以點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕,對(duì)音頻文件進(jìn)行暫停、停止和復(fù)位等操作。同時(shí)在提示框處顯示相關(guān)信息,若沒有選擇文件,則會(huì)提示“請(qǐng)先載入wav文件”。 9、升降調(diào)功能:點(diǎn)擊“+”按鈕之后再點(diǎn)擊琴鍵,可以完成音的升調(diào)功能;點(diǎn)擊“—”之后再點(diǎn)擊琴鍵,可以完成音的降調(diào)功能。點(diǎn)擊“O”則恢復(fù)原音調(diào)(C調(diào))。同時(shí)提示框內(nèi)會(huì)顯示處理后的音調(diào)。 10、提示信息:在畫圖模塊左側(cè)是各類提示信息框。分別提示當(dāng)前音長(zhǎng)、當(dāng)前包絡(luò)、當(dāng)前音調(diào)(高音、中音或低音)、升降調(diào)功能里處理后的音調(diào)、琴鍵存儲(chǔ)統(tǒng)一播放的相關(guān)信息、演奏樂譜的相關(guān)信息以及播放音頻的相關(guān)信息。 11、畫圖模塊:顯示每個(gè)音符的波形,方便觀察音型。 12、關(guān)機(jī)鍵:在界面的左上角是關(guān)機(jī)鍵,點(diǎn)擊該按鈕即可關(guān)閉頁面。- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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