数字信号处理应用课程设计
—声音信号采样分析、滤波、短时傅里叶变化相关应用
姓 名： 王柯皓 学 号：
专 业： 生物医学工程 班 级： 二班 完成日期：
一、 期末大作业概述：
经过一学期的学习，初步了解关于在信号处理中的具体应用，并
掌握了相应部分的设计思路，具体来讲包括，功率谱分析，线性卷积循环卷积的差别与等价条件，数字滤波器设计理论，并完成了三次作业，对脑电信号的谱分析进行了初步的探究，由于数字信号处理课程一直没有跟上进度，很多东西还需要以后慢慢消化。
本次期末大作业对自己采集到的一段声音信号进行功率谱求解、滤波，以及短时傅里叶变换特征谱分析的相关应用，通过对以上内容的设计，粗略回顾了这学期的所学所得，具体的课程设计要求如下所示：
大作业安排：录制自己的一段语音：“天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程班, , ”，时间控制在秒到秒左右；利用函数对自己的语音进行采样，记住采样频率。
（）画出原始语音信号的时域波形，而后以秒为间隔，求出每秒数据的功率谱。 （）根据语音信号特点，分别设计及滤波器，分别画出滤波器幅频和相频特性曲
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线。用设计的滤波器对信号滤波，画出滤波后时域波形。用函数回放语音信号。 （）求出特征频段语音信号随时间变化的曲线（每间隔秒求一次功率谱）。
二、 程序分步实现说明：
（1） 原始信号采集及时域信号波形：
通过计算机声卡设备事先录入一段长度接近的音频，内容为：天津大学精密仪器与光电子工程学院生物医学工程班王柯皓, , 。保存成格式，在中利用函数导入声音信号，并返回电脑设备的采样频率，本实验中为。随后显示原始信号波形并回波声音，其代码如下：
用函数对声音信号采样 []('');
时域波形图
(()); 定义横坐标，将点数转化为时间 (); ();
('原声音信号时域波形'); ('时间'); ('幅度');
(); 用函数播放原始信号信号
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（2） 声音信号功率谱分析：
在对信号进行功率谱分析时，考虑到原始设备的采样频率过高，在实际理过程中很多频率是没有用处的，并且那样得到的功率谱线过于密集，因此采用函数重新降低了采用频率（）。并利用之前作业处理脑电信号的方法进行谱分析，其程序如下：
秒功率谱
; 重设采样频率 (); 降低采样频率
(); 初始化二维数组，用以记录幅度谱和功率谱 (); ;
()(*()*); ();
()(().*(())); ();
(()); 由于频率范围基本集中在以内，重设频率范围 ('频率'); ('幅度');
得到的频谱图如下所示：
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（3） 声音信号滤波分析：
在对声音进行滤波的时候，首先根据之前的功率谱确定了声音信号的范围大约为，以此为根据反复进行实验设计。分别实验了低通带通等滤波器。发现选择低通的时候声音会变得低沉些。而最终选择了一下参数的带通滤波器。如此得到了类似电音的效果，就好像大学英语四级考试时听力的效果，觉得比较好玩，就保留了这个设计。设计方法为避免频率混叠使用了双线性滤波器。根据第四节课的相应学习设计了如下函数，代码如下所示:
使用双线性变换法设计高通滤波器进行实验
通带、阻带截止频率 ;
频率预畸
()**; 临界频率采用角频率表示 ()**; 临界频率采用角频率表示 ()**; ()**; **(); **(); **(); **();
[]([ ],[],''); [](,'');
() 设计模拟的 [](); 映射为数字的 [](); *; ();
(*(())); ;
用滤波器分别对原始信号进行滤波 (); (); ();
('经过滤波器后的时域波形'); ('时间'); ('幅度');
用函数回放语音信号 ();
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带通滤波器的幅频特性曲线如下所示：
滤波后的波形如下图所示：
()特征频段语音信号随时间变化的曲线：
为了进一步反应同一频率对应的幅度随时间变化的情况，采用短时傅里叶变化的方法，每进行一次功率谱求解，并选定一些频率观察其随时间的变化情况，以下所选用的频率主要是根据之前的功率谱观察选取的，其代码如下所示：
为数组预分配空间 ; (); ();
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(); (); (); (); (); (); (); ; ; ; ;
(()**); (); .*();
用函数进行取整，返回接近于目标频率对应的点数（针对点） ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 ()((*)); 特征频率 (()); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); ();
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();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线'); (); ();
('特征峰随时间变化曲线');
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