基于DSP的语音处理报告.docx

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基于DSP的语音处理报告

实验报告

电科综合性大实验

——基于DSP的语音处理

学院：

电气工程学院

专业：

电子信息科学与技术072班

实验一、PROTEL99SE软件环境的熟悉

一、实验目的

掌握和复习使用Protel99SE设计和绘制原理图以及印制电路板的全过程

二、实验设备

计算机Protel99SE软件

三、实验步骤

（一）原理图设计和绘制

所谓电原理图编辑就是使用电子元器件的电气图形符号以及绘制电原理图所需的导线、总线等绘图工具来描述电路系统中各元器件之间的连接关系，所使用的是一种符号化、图形化的语言。

电原理图编辑器（SCH）的操作步骤：

1、设置SCH编辑器的工作参数（不是必须，可以采用系统缺省的参数工作）。

2、选择图纸幅面、标题栏式样、图纸放置方向等（也可以先采用缺省设置）。

3、放大绘图区，直到绘图区呈现大小适中的栅格线为止。

4、在工作区内放置元器件：

先放置核心元件的电气图形符号，再放置电路中剩余元件的电气图形符号。

编辑原理图的第一步就是从元件电气图形库中找出所需元件的电气图形符号，并把它们逐一放到原理图编辑区内。

具体操作过程如下：

1）选择待放置元件所在的电气图形库作为当前使用的元件库。

2）在元件电气图形库列表窗口内，找出并单击相应库文件，使它成为当前元件电气图形库。

3）在元件列表内找出并单击所需的元件。

在放置元件操作过程中，一般优先安排原理图中核心元件的位置。

一般在单片机构成的电路中，核心元件是单片机。

因此，通过滚动元件列表窗内的上下滚动按钮，在元件列表窗口内找到并单击“AT89S52”元件。

4）放置元件：

单击元件列表窗口下的“Place”（放置）按钮，将AT89S52的电气图形符号拖到原理图编辑区内。

从元件库中拖出的元件，在单击鼠标左键前，一直处于激活状态，元件位置会随鼠标的移动而移动。

移动鼠标，将元件移到编辑区内指定位置后，单击鼠标左键固定，然后再单击鼠标右键或Esc键退出放置状态，这样就完成了元件放置操作。

5、调整元件位置。

6、修改、调整元件的标号、型号及其字体大小、位置等。

可以通过如下方法修改元件的序号、封装形式、型号（或大小）等元件选项属性：

1）在放置元件操作过程中修改

2）激活后修改

7、连线、放置电气节点、网络标号以及I/O端口。

8、放置电源及地线符号。

9、运行电气设计规则检查（ERC），找出原理图中可能存在的缺陷。

1）执行“Tools”菜单下的“ERC…”命令。

2）在如图所示的对话框内，单击“测试项目”列表框内各选项前的复选框，允许或禁止相应的检测项，选择要测试的项目。

（3）设置了检测项目后，单击“OK”按钮，Protel99原理图编辑器还会启动文本编辑器，显示检测报告文件（.ERC）内容。

10、加注释信息。

11、生成网络表文件（或直接执行PCB更新命令，自动产生一个同名的PCB文件）。

12、打印。

实验二、DSP最小系统电路图的绘制

一、实验目的

根据给定的内容，完成相应原理图及印制电路板的绘制，为后面综合性大实验作前期准备。

二、实验设备

计算机Protel99SE软件

三、实验要求

完成以DSPTMS320VC5402为主控CPU的最小系统原理图及电路板的绘制。

要求根据给定的电路图，查阅资料，了解电路完成的具体功能，要能读懂和理解电路图中的各个模块；要求独立完成从电路图和PCB的整个设计过程。

附录1：

DSP最小系统电路图

实验三、基于AD50的语音采集播放系统电路图的绘制

一、实验目的

根据给定的内容，完成相应原理图及印制电路板的绘制，为后面综合性大实验作前期准备。

二、实验设备

计算机Protel99SE软件

三、实验要求

完成以AD、DA芯片TLC320AD50为核心的语音采集播放系统原理图及电路板的绘制。

要求根据给定的电路图，查阅资料，了解电路完成的具体功能，要能读懂和理解电路图中的各个模块；要求独立完成从电路图和PCB的整个设计过程。

附录2：

基于AD50的语音采集播放系统电路图

实验四、基于MATLAB语音信号的采集和分析

一、实验目的

1、掌握语音信号的时域、频域基本特性

2、掌握MATLAB语音信号处理的基本方法

二、实验设备

计算机（附话筒和耳机）MATLAB6.5版本以上软件

三、实验要求

利用MATLAB对语音信号进行采集和分析。

要求学生采集语音信号后，在MATLAB软件平台上画出信号的时域波形图，然后进行频谱分析；按照给定的信噪比对所采集的语音信号加入各种干扰噪声，再对加入噪声的信号画出时域波形图，然后再进行频谱分析。

四、实验步骤

1、理论依据

根据实验要求分析系统功能，掌握实验中所需理论（采样频率、采样位数的概念，采样定理； 时域信号的FFT分析；语音信号的短时分析），阐明设计原理。

MATLAB本身提供了一定的音频处理能力，主要包括表中的6个函数。

函数名

功能描述

wavread

读wav文件

wavwrite

写wav文件

sound

放音

soundsc

归一化放音

wavplay

放音

wavrecord

录音

2、信号采集

wavrecord（）可以通过Windows的音频设备实现录音功能，它的语法是：

wavrecord（n,fs,ch,dtye）。

这里n为采样的点数，它决定了录音的长度。

fs为采样频率，默认值为11025，即以11025Hz进行采样。

ch为通道数，默认为1，如果指定为2，则采样为双声道立体声数据，该参数可以省略。

Dtype为采样数据的存储格式，用字符串指定，可以是：

‘double’、‘single’、‘intl6’、‘int8’。

以下程序实现以8000Hz的采样频率录制5秒的音频数据，然后通过soundview（）函数回放。

Fs=8000;

y=wavrecord（5*Fs,Fs,'int16'）;

wavplay（y,Fs）;

soundview（y,Fs）;

3、显示语音信号时域波形并进行频谱分析

对所采集的语音信号，运用matlab软件显示其时域波形，时域波形如下：

频谱分析如下：

实验五、基于MATLAB的语音量化实验

一、实验目的

1、掌握语音信号均匀量化的理论及相关实验验证

2、理解量化误差的特性及其对声音质量的影响

3、掌握μ律压扩原理及相关实验验证

二、实验设备

计算机（附话筒和耳机）MATLAB6.5版本以上软件

四、实验步骤

1、语音特性

（1）入文件s5.mat并产生一个自样本1200开始、长为8000个样本的向量。

把这些样本数字除以32768以使所有样本的数值小于1。

>>loads5.mat

>>x=s5（1200:

9199）/32768;

>>plot（x）

结果如下图所示：

（2）统计分析

使用matlab的hist（）函数绘出8000个样本的直方图如下：

（3）谱分析

使用提供的welch（）函数，用来自文件s5.mat的8000个样本，计算语音的长时间平均功率谱的估计。

以dB为单位绘出谱图，恰当地标记频率坐标轴。

>>welch（x,1024,1024,'r',1）

2、均匀量化

（1）使用提供的fxquant（）函数量化来自文件s5.mat的8000个输入语音样本。

利用舍入和饱和，量化bit数分别取10bit、8bit、4bit。

>>x1=fxquant（x,10,'round','sat'）;

>>x1=fxquant（x,8,'round','sat'）;

>>x1=fxquant（x,4,'round','sat'）;

（2）计算10bit、8bit、4bit量化的量化误差序列。

使用plot（）绘出这些误差序列。

>>En=x1-x;

>>plot（En）;

>>hist（En）;

10bit：

8bit：

4bit：

（3）使用welch（）函数计算10bit、8bit、4bit量化的量化噪声序列功率谱。

>>welch（En,1024,1024,'r',1）;

10bit

8bit

4bit

3、μ律压扩

（1）为实现上图的系统，必须为逆μ律压扩器编写一个M文件。

这个M文件应有下面的调用顺序和参数

Functionx=mulawinv（y,mu）

（2）实现一个6bit的μ律量化器，即压缩的样本用6个bit表示，考察相应的量化误差，并用wavwrite（）函数写到WAV文件，倾听量化后的声音。

>>y=mulaw1（x,255）;

>>yh=fxquant（y,6,'round','sat'）;

4、信噪比

（1）使用提供的snr（）函数各个bit下均匀量化的SNR，计算出的结果是否与预计的数量不同？

>>[snratioE]=snr（x1,x）;

（2）均匀量化和μ律量化的比较

给出的qplot（）函数对一个固定量化器的均匀量化与μ律量化进行比较，而该固定量化器以减小的振幅（以因子2减小）作为输入。

>>qplot（x,6,255,7）;

分析：

绘出的图表明，μ律量化器在约64 :

1的输入幅度范围上保持一个常数信噪比。

实验六、基于AD50的语音采集播放实验

一、实验目的

1、熟悉ADC/DAC的性能及TLC320AD50C的接口和使用。

2、熟悉MCBSP多通道缓冲串口通信的应用。

3、了解掌握语音的编解码和压缩码算法。

4、了解掌握一个完整的语音输入、输出系统的设计。

二、实验设备

计算机、ZY13DSP12BC2实验箱。

三、实验步骤

1、先关闭软件，再关闭电源按钮S1、S2，硬件连接如下表：

计算机并口

DSP控制板P1

CH25

S12

CH26

S11

CH29

S10，S16

CH28

S15，S17

CH27

GND

语音模块-12

电源模块-12

语音模块+12

电源模块+12

硬件连接图：

2、打开CCS，并运行GEL－C54x－C5402_Init将DSP的内部存储器复位，把程序指针指向FF80,如果一次复位没有成功就重复运行该5402gel程序，直到程序指针复位到FF80，紧接着FF80后面****指令代码必须为0000。

3、新建一个文件夹，取名为TEST20，把REG5402.h拷贝到该文件夹下面。

新建一个项目，取名为test20，加入源文件test20.c和vector20.c，再加入test20.cmd文件，编译连接，然后下载可执行文件test20.out。

从MIC中输入语音信号，听SPEAKER中的输出信号，听输入输出是否一致。

通过实验：

可以发现输入输出的音频信号是一致的。

实验七、基于MATLAB语音信号滤波和频谱分析

一、实验目的

1、使学生进一步巩固数字滤波器的基本概念、理论、分析方法和实现方法；

2、增强学生应用Matlab语言编写语音信号处理的应用程序及分析、解决实际问题的能力；

二、实验设备

计算机（附话筒和耳机）MATLAB6.5版本以上软件

三、实验步骤

1、语音信号的采集

2、语音信号的频谱分析

3、设计数字滤波器和画出其频率响应

给出各滤波器的性能指标：

（1）低通滤波器性能指标fb＝1000Hz，fc＝1200Hz，As＝10dB，Rp＝1dB。

（2）高通滤波器性能指标fc＝4800Hz，fb＝5000HzAs＝10dB，Rp＝1dB。

（3）带通滤波器性能指标fb1＝1200Hz，fb2＝3000Hz，fc1＝1000Hz，fc2＝3200Hz，As＝10dB，Rp＝1dB。

4、用滤波器对信号进行滤波

5、比较滤波前后语音信号的波形及频谱

在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。

实验结果如下：

（分两栏）

Firlowpass

firhighpass

firbandpass

iirlowpass

实验八、有限冲击响应滤波器（FIR）算法实验

一、实验目的

1、掌握用窗函数法设计FIR数字滤波器的原理和方法。

2、熟悉线性相位FIR数字滤波器特性。

3、了解各种窗函数对滤波特性的影响。

二、实验设备

计算机、ZY13DSP12BC2实验箱。

三、实验步骤与内容

1、学习如何设计FIR数字滤波。

2、将计算机与ZY13DSP12BC2实验箱通过并口P1相连。

3、运行CCS软件，装入例程客户软件\DSP程序\test14并运行。

4、打开变量窗口“WatchWindow”（点击

图标），在此窗口右键点击InsertNewExpression，在弹出的窗口WatchAddExpression中输入所要观察的变量。

输入db，可得到db的地址。

5、点击View\Graph\Time\Freqency，进入图形观察窗口，在“GraphPropertyDialog”窗口需要修改下面内容：

DisplayType

SingleTime

StartAddress

db的地址

AcquistionBufferSize

200

DisplayDataSize

200

DspDataType

32-bitfloatingpoint

6、把程序中变量m的值依次改为2、3、4、5，重复以上4、5、6步骤。

本实验观察输出幅频响应db的波形如下所示：

当选择窗体m＝1时，矩形窗当选择窗体m＝2时，巴特利特窗

当选择窗体m＝3时，汉宁窗当选择窗体m＝4时，哈明窗

当选择窗体m＝5时，布莱克曼窗

实验九、无限冲击响应滤波器（IIR）算法实验

一、实验目的

1、熟悉设计IIR数字滤波器的原理与方法。

2、掌握数字滤波器的计算机仿真方法。

3、通过观察对实际信号的滤波作用，获得对数字滤波器的感性认识。

二、实验设备

计算机、ZY13DSP12BC2实验箱。

三、实验步骤与内容

1、阅读本实验所提供的样例子程序客户软件\test15。

2、将计算机与ZY13DSP12BC2实验箱通过并口P1相连。

3、运行CCS软件，装入例程客户软件\DSP程序\test15并运行。

4、打开变量窗口“WatchWindow”（点击

图标），在此窗口右键点击InsertNewExpression，在弹出的窗口WatchAddExpression中输入所要观察的变量。

输入hwdb，可得到hwdb的地址。

5、点击View\Graph\Time\Freqency，进入图形观察窗口，在“GraphPropertyDialog”窗口需要修改下面内容：

DisplayType

SingleTime

StartAddress

hwdb的地址

AcquistionBufferSize

50

DisplayDataSize

50

DspDataType

32-bitfloatingpoint

本实验观察的波形如下图所示：