使用matlab进行回声处理（三重回声）-数字信号处理课设

Posted 2023-01-09 渴望学习

 一、系统设计要求

1.录制一段声音信号，作为原音频信号，生成频域与时域图形，观察与分析其时域 与频域图形。

2.对该音频信号进行时域处理，并且实现对该声音信号添加第一层回声。

3.对该音频信号再继续一次进行时域处理，实现对该声音信号添加第二层回声。

4.将三段音频信号进行合成，比较该声音信号与原音频信号时域和频域的差别， 保存合成的音频。

5.对该声音信号进行时域或者频域处理，消除该添加回声的语音信号的回声。

6.比较原始声音信号与去除回声后的声音信号的频域和时域差别，并通过人耳辨 别原音频，加入回声的音频和去除回声的音频三段音频的区别。

二、系统设计方案

第一步:用 getaudiodata()函数录制一段音频生成并观察其时域和频域图形，再对其 时域频域进行处理。

第二步:添加回声。通过补零矩阵增加回声，且分别将原音频分别进行衰减系数为 0.6 倍和 0.4 倍的缩放，而后将三段音频结合在一起，使得得到音频有一层原声，两层 回声，且从原声到回声一层比一层音量小，得到处理后的声音信号就是有回声的声音 信号，绘制并观察有回声的声音信号的频域时域图形。

第三步:通过 z 域分析得到转换公式，对修改后声音信号时域进行处理。将添加的 回声消除，得到消除回声音频，再次绘制并观察新的声音信号的时域频域图形。

第四步:将三个时域频域图形进行对比，并把三段音频分别播放，用人耳进行区分 其差距

 三、代码实现

1.录制音频代码：

%%%录制音频
clear all
clc
fs=44100;
music=audiorecorder(fs,16,1);
disp('请输入空格并回车开始采集原始信号')
in=input('');
%创建一个保存音频信息的对象，它包含采样率，时间和录制的音频信息等等。
%44100表示采样为44100Hz
%16为用16bits存储，2为两通道即立体声（也可以改为1即单声道）。
recordblocking(music,7);
%开始录制，此时对着麦克风说话即可,录制时间为7秒。
myspeech=getaudiodata(music,'int16');
%得到数字矩阵存储的刚录制的音频信号。
plot(myspeech);
%% save file
filename='myspeech.wav';
audiowrite(filename,myspeech,fs);

2.对录制音频进行采集处理：

%%%%对音频采集处理
clear
[x,fs] = audioread('myspeech.wav');%音乐信号
%输出频率
fs
%音乐语音信号分声道处理
x1=x(:,1);

3.画出录制音频信号时域频域波形图

%画音乐信号时域图
n1=length(x1);%length取音乐数列长度即元素个数
figure(1);
subplot(2,1,1);
t1=(0:(n1-1))/fs;
plot(t1,x1);
axis([0,5,-1,1]);%%设置坐标轴范围
xlabel('时间t');
ylabel('幅度');
title('原音频音乐信号时域波形');
X1=fft(x1,n1);
subplot(2,1,2);
f3=0:fs/n1:fs*(n1-1)/n1;
plot(f3,abs(X1));
axis([0,44100,0,6000]);
xlabel('频率f');
ylabel('幅度');
title('原音频音乐信号频谱波形');

 

4.增加回音（这里我加了两重回音）

% %音乐信号的回音
x11=x1;%截取部分
x11=x11';%因为输出为一列所以要转置成一行
geshu=length(x11);
N2 = 20000;
int0=zeros(1,N2);%1行20000列的零矩阵
temp1=[x11,int0,int0];%原始声音
temp2=[int0,0.6*x11,int0];%第一层的回声是原始0.6倍
temp3=[int0,int0,0.4*x11];%第二层的回声是原始0.4倍
hui=temp1+temp2+temp3;%三重声音相加实现回声
N=length(hui);  %回音序列的长度
% sound(hui,fs);%播放回音音乐

5.画出回声波形，并保存回声为音频文件

%%%画回声波形
figure(2);
subplot(2,1,1);
t1=(0:(N-1))/fs;
plot(t1,hui);
axis([0,4.5,-1,1]);
xlabel('时间');
ylabel('幅度');
title('音频回声信号时域波形');
X2=fft(hui,N);
subplot(2,1,2);
f3=0:fs/N:fs*(N-1)/N;
plot(f3,abs(X2));
axis([0,44100,0,6000]);
xlabel('频率f');
ylabel('幅度');
title('音频回声信号频谱波形');
audiowrite('音频回声.wav',hui,fs);%保存回声整体为声音文件

 

6.消除回声

%%消除回声
% N = 20000;
chang=N2+geshu;
L = length(hui);
y = zeros(1, L);%与回声长度相同的零序列
for  k = 1:L
    if  k>N2 && k<=chang              %%%消除第一层回声
        y(k) = hui(k) - 0.6*x11(k-N2);
   else
        y(k) = hui(k);
    end
    if k>2*N2                      %%%消除第二层回声
        y(k)=y(k)-0.4*x11(k-2*N2);
    end
end
N3 = length(y);
audiowrite('消除回声.wav',y,fs);%%保存为消除回声音频文件

四、展望

       本项目在日后的学习中，应对其进行用户体验感以及完善其功能的更新，设计 GUI 界面使得整个系统操作更加便捷，采用多线程的方式进行编程，增加整个系统能够完 成的功能，后续将更新出既能导入本身存在的音频，又可以重新录制音频进行增加回 声，消除回声以及绘制相关音频信号的时域频域波形图的功能，同时可以设定相关的 回声信号衰减系数，自定义的完成回声信号的添加使用，并将这些功能在 GUI 界面上 体现出来，使得用户体验感更好，操作更加便捷，将项目发挥的更好。