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  • 数字信号处理大作业
    2021-12-31 00:02:47
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    2022-08-08 23:14:36
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    2015-12-15 09:29:05
    数字信号处理大作业相关要求,有代码什么的。
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    千次阅读 2021-12-30 16:17:18
    1.利用matlab软件对audio1211.wav音频信号进行数字信号采样,分别对采样后的信号进行时/频域分析,并提供仿真图和分析说明; 2.设计合理的数字滤波器,滤去音频信号中的蜂鸣音,给出详细设计流程,并提供频域仿真图...

    一、题目要求
    1.利用matlab软件对audio1211.wav音频信号进行数字信号采样,分别对采样后的信号进行时/频域分析,并提供仿真图和分析说明;
    2.设计合理的数字滤波器,滤去音频信号中的蜂鸣音,给出详细设计流程,并提供频域仿真图和分析说明;
    3.将数字滤波后的数字信号转换成wav格式音频文件,统一命名为audio1211proc.wav,作为附件上交。
    二、设计思路
    我们需要滤除掉歌曲里的蜂鸣噪声,我们直观上认为蜂鸣噪声的频率较高,而人的声音频率在一个频率范围内,只需要在频域滤除高频蜂鸣噪声即可。
    我用了Matlab对音频信号进行采样,画出频谱图,观察频谱图,我们就可以知道,蜂鸣噪声的频率集中在4500——5000hz之间,而歌声的频率集中在4000hz以下,远小于蜂鸣噪声的频率。因此,我们设计一个低通滤波器,滤除蜂鸣噪声。在设计低通滤波器时,分别用了fir1窗函数法和巴特沃斯低通滤波两种方法,均得到了良好的滤除蜂鸣的音频。
    三、设计过程
    第一步:对音频信号进行数字信号采样,对采样后的信号进行时/频域分析。
    音频采样率是一秒钟内对声音的采样次数,当今主流的采集卡上,采样频率一般分为11025hz、22050hz、24000hz、44100hz、48000hz五个等级。我们通过audioread函数得到采样频率为44100hz,并通过length函数得到采样点数为434304,与9-10s的音频,采样频率为44100hz计算出来的结果相近。通过实践验证了理论中采样频率和采样点的关系。
    观察时域频域波形,我们可以明显看到蜂鸣和歌声的区别,蜂鸣噪声的频率集中在4500——5000hz之间,而歌声的频率集中在4000hz以下,远小于蜂鸣噪声的频率。
    在这里插入图片描述

    2.数字滤波器设计
    2.1.fir1窗函数法
    设计一个转折频率为4000,通带截止频率4200的低通滤波器进行滤波除噪。如下是低通滤波器衰减图像。
    在这里插入图片描述

    利用设计的低通滤波器进行低通滤波,我们可以从频域看到蜂鸣基本被消除,而原始信号也尽大可能性被保存。从时域看到波形的幅度有所降低,降低的部分即为蜂鸣声。
    在这里插入图片描述

    2.2巴特沃斯低通滤波器
    设置截止频率为3000hz,输出即可得到滤除蜂鸣的声音,频域时域分析如下。
    在这里插入图片描述

    四、心得体会
    在使用matlab进行去蜂鸣过程中,遇到了很多问题。对数字信号处理的Matlab语言不了解,matlab输出报错,低通滤波器设计等问题。在仿真过程中学到了很多东西,体会到了数字信号处理学习的魅力,知道了数字信号处理在以后工程的简单应用,对数字信号处理的内涵有了更加深刻的理解。与此同时,对matlab的功能理解更多。
    五、matlab代码
    clc
    clear;
    [y,fs]=audioread(‘audio1221.wav’);%读取音频文件
    Y0=fft(y);%傅里叶变换到频域
    Y00=fftshift(Y0);%中心化
    figure(1);%建立第一幅图像
    m=length(y);
    t=0:1/fs:(m-1)/fs;
    w=-fs/2:fs/m:fs/2-fs/m;
    subplot(2,1,1);%将两个图画到一个图上
    plot(y);
    title(‘原始信号的时域波 形’);
    subplot(2,1,2);
    plot(w,abs(Y00));
    title(‘原始信号的频域波形’);

    %设计一个低通滤波器
    fp=4000;%通带截止频率
    fc=4200;
    As=50;%阻带衰减
    Ap=1;%通带纹波
    %低通滤波器性能指标
    wc=2pifc/fs; wp=2pifp/fs;%求归一化数字通带截止频率和阻带截止频率
    wdel=wc-wp;
    beta=0.112*(As-8.7);
    N=ceil((As-8)/2.285/wdel);%求滤波器的阶数
    wn= kaiser(N+1,beta);
    ws=(wp+wc)/2/pi;
    b=fir1(N,ws,wn);%利用fir1函数求出滤波器的系数
    figure(5);
    [B,w]=freqz(b,1);
    mag=abs(B);
    db=20*log10(mag/max(mag));
    db1=db’;
    plot(0:pi/511:pi,db1);
    axis([0,4.0,-80,5]);
    title(‘低通滤波器’);

    %利用低通滤波器滤波
    x=fftfilt(b,y);%低通滤波
    X=fft(x);
    xx=fftshift(X);%中心化
    figure(6);
    m1=length(x);
    w1=-fs/2:fs/m1:fs/2-fs/m1;
    subplot(2,1,1);plot(x);
    title(‘滤波后信号的时域波形’);
    subplot(2,1,2);plot(w1,abs(xx));
    title(‘滤波后信号频域波形’);
    audiowrite(‘F:\dsp大作业\audio1211proc.wav.wav’,x,fs);%输出去噪后的波形

    %通过低通巴特沃斯滤波器对信号进行除噪
    order=10;
    fc2=3000;%低通滤波器取截止频率为3000Hz
    [b,a]=butter(order,2*fc2/fs,‘low’);%调用巴特沃斯低通滤波器
    denoisy_single=filter(b,a,y);%滤波得到噪音
    audiowrite(‘F:\dsp大作业\audio1211proc1.wav.wav’,denoisy_single,fs);
    figure(7);
    subplot(2,1,1);
    plot(t,denoisy_single);
    title(‘滤波后信号时域图’);xlabel(‘时间’);ylabel(‘幅度’);
    f9=fft(denoisy_single,m);%傅里叶变换
    f10=fftshift(f9);%中心化
    subplot(2,1,2);
    plot(w1,abs(f10));
    title(‘滤波后噪声频域图’);xlabel(‘频率’);ylabel(‘幅度’);

    展开全文
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    @数字信号处理大作业——基于matlab R2019a的男声变女声资料汇总与代码

    概述

    参考了很多前人的资料,发现很多函数已经过时了,而且从我通过VIP下载的代码来看,代码的逻辑不是很清晰,废话也多,注释也写的不清楚(也可能也是我太小白了看不懂哈哈哈哈哈)写博客的初心是对自己这三天做的工作给个总结,方便以后的人,自己也感觉非常开心,嘿嘿!

    看看我的文件夹

    各位小白菜注意,matlab的代码和其他相关文件一定要整整齐齐的放好,否则以后有你的苦吃,嘿嘿嘿;我也是小白嘿嘿,大家要互相学习鸭;第一次写博客,排版丑希望多提建议,小朱给大家鞠躬!
    在这里插入图片描述
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    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    算法原理

    查到了几种,以下为小本本记录的:

    1. 对语音的采样率进行变化,就能改变声音。比如采样率低于奈奎斯特定理中的2fh,就会丢失高频分量,声音音色自然会变化。但是这种会丢失信息,而且不易用参数控制;
    2. 可以通过改变播放的速度实现,快5%就是女声,慢5%就是男声。记得多普勒效应吗?一辆响着汽笛声的车,朝你来时声音尖,离你远去时声音闷,大概有点这意思。但是显然,我们不希望输入输出的声音速度发生变化,这样用户体验也太差了;
    3. 所以男女声变调必须是进行频谱搬移。学过通电/信号与系统的同志们都知道,余弦函数乘个余弦函数,积化和差,会有和频差频分量生成,频谱发生了搬移,这种变化称为“调制”。所以我们可以通过这种方法实现吗?不行。通电里可以,是因为两个相乘量的频率大小相差甚远,生成的信号可以方便的滤出来。男声女声距离很近,频带又宽,所以用模拟的方法没法实现。
    4. 哈哈哈所以这时候就体现了数字信号处理的优越性,虽然目前我做的效果也不大好,但我相信我能做的更好,之后会更新的!有些代码用cirshift进行搬移,可它就是个让频谱在固定范围转圈的函数,我真不明白用它有何用。所以我最后选择时域乘exp(jwt),可效果也不好,我不明白为啥。这大概就是理想与现实的差距,说明理论落地很难。

    try1.m

    clc
    [y1,Fs] = audioread('source.wav');  %读出信号,采样率和采样位数。 %注意文件格式要求
    %source为男声音频
    %sound(y1,Fs);  %播放文件
    
    %设计巴特沃斯低通滤波器  此处加滤波器会使声音变模糊,似乎很重要的高频分量被丢掉了
    %Wc1=2*1000/Fs;                                          %男声截止频率 1000Hz
    %[b,a]=butter(4,Wc1);
    %y1=filter(b,a,y1);
    
    Y1 = fft(y1);%Fast Fourier transform
    
    sigLength=length(y1);%Length of largest array dimension
    f=Fs*(1:sigLength)/sigLength;
    absY=abs(Y1);%Absolute value and complex magnitude
    
    figure('Name','Measured Data','NumberTitle','off');
    %Create figure window
    %Specify the Name property again, but this time, set the NumberTitle property to 'off'. 
    %The resulting title does not include the figure number.
    
    %绘制男声频域
    subplot(2,2,1);plot(f,absY);xlabel('Frequency(Hz)男声频域');grid on
    
    %绘制男声时域
    t=(0:sigLength-1)/Fs;%t = 1 / f
    subplot(2,2,2);plot(t,y1);xlabel('Time(s)男声时域');grid on
    
    %频谱搬移(时域相移,频域调制)
    Y2 = fft(y1 .* exp(1000/(2 * pi) * 1i .* t'));
    
    %绘制女声频域
    absY2=abs(Y2);
    subplot(2,2,3);plot(f,absY2);xlabel('Frequency(Hz)女声频域');grid on
    
    %绘制女声时域
    y2=ifft(Y2);
    subplot(2,2,4);plot(t,y2);xlabel('Time(s)女声时域');grid on
    y2=abs(y2);%audiowrite必须输入为实数
    
    %失败的滤波器尝试
    %BPF = load('LPF_60M.mat');
    %y3 = filter(BPF.LPF_60M,1,y2);
    
    %能调通但是效果不好的滤波器尝试
    y3=highp(y2,400,500,0.0001,0.02,Fs);
    
    audiowrite('transform30.wav',y3,Fs)
    %transform30为生成的文件,它生成的地址不是很确定,会发生变化,
    %我还没搞明白,以下是它出现的两个位置:
    %C:\Users\honor\Documents\MATLAB\Examples\R2019a\matlab\WriteanAudioFileExample
    %E:\\dsp_greatassignment\try
    若不清楚可在电脑“开始”里搜一下具体在哪。
    

    上面用到的highp函数,这段代码很多网页上都有,我是从https://www.cnblogs.com/tkppain/p/6691052.html?utm_source=itdadao&utm_medium=referral 复制粘贴过来并作了一些改动。

    function y=highp(x,f1,f2,rp,rs,Fs)
    %高通滤波,该代码鲁棒性很差,试试你就晓得了
    %也可能是我不会用
    %通带或阻带的截止频率的选取范围是不能超过采样率的一半
    %即,f1,f3的值都要小于 Fs/2
    %x:需要带通滤波的序列
    % f 1:通带截止频率
    % f 2:阻带截止频率
    %rp:边带区衰减DB数设置
    %rs:截止区衰减DB数设置
    %FS:序列x的采样频率
    
    wp=2*pi*f1/Fs;
    ws=2*pi*f2/Fs;
    % 设计切比雪夫滤波器;
    [n,wn]=cheb1ord(wp/pi,ws/pi,rp,rs);
    [bz1,az1]=cheby1(n,rp,wp/pi,'high');
    
    %查看设计滤波器的曲线
    [h,w]=freqz(bz1,az1,256,Fs);
    h=20*log10(abs(h));
    figure('Name','highpass filter','NumberTitle','off');
    plot(w,h);title('所设计滤波器的通带曲线');grid on;
    y=filter(bz1,az1,x);
    end
    

    %失败的滤波器尝试 使用了通过VIP下载的代码(就是参考代码里的‘filter’),但是不知为何调不通。在MATLAB命令行窗口键入fdatool即可弹出设计滤波器的窗口,但是设计完直接保存后生成的是.fda文件,没法直接用,得变成.mat文件;.mat文件也没法直接用,得在编辑器使用“load(‘BPF_130M.mat’)”或者在文件夹双击它。可是,可能我导出为mat文件的参数没选对,看着和参考代码‘filter’一样,就是调不通。捉急~~

    资料

    以下为艰难曲折探索过程中路过的有帮助的网页。

    https://jingyan.baidu.com/article/3052f5a108e14397f21f8658.html
    打开.mat文件

    https://wenku.baidu.com/view/cf9f236cbd64783e09122b87.html#
    fdatool和FIR MegaCore使用技巧的问题

    https://blog.csdn.net/yangming2466/article/details/83548946
    七种滤波方法

    https://blog.csdn.net/flypassion/article/details/82082543?ops_request_misc=%257B%2522request%255Fid%2522%253A%2522160343803219724838551089%2522%252C%2522scm%2522%253A%252220140713.130102334…%2522%257D&request_id=160343803219724838551089&biz_id=0&utm_medium=distribute.pc_search_result.none-task-blog-2allfirst_rank_v2~rank_v28-1-82082543.first_rank_ecpm_v3_pc_rank_v2&utm_term=%E9%AB%98%E9%80%9A%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8matlab&spm=1018.2118.3001.4187
    滤波器资料

    https://www.cnblogs.com/lianjiehere/p/3806964.html
    fda文件

    https://blog.csdn.net/qq_38559814/article/details/86521602
    filter
    https://www.cnblogs.com/tkppain/p/6691052.html
    滤波

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