MATLAB与音频相关摘记由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“matlab音频特征提取”。
MATLAB 音频相关函数
声音数据输入输出函数：
可以方便地读写au和way文件，并可控制其中的位及频率。wavread()和wavwriteO。声音播放：
wavplay()：播放wav声音文件。当然，也可以把处理后的 wav文件保存后再用其它工具播放。
wavrecordO：可以对处理后的wav文件进行录音。
PS:在日常生活中,我们听到的声音一般都属于复音,其声音信号由不同的振幅与频率的波合成而得到
MATLAB 处理音频信号的流程
分析和处理音频信号 首先要对声音信号进行采集 MATLAB 的数据采集工具箱提供了一整套命令和函数,通过调用这些函数和命令,可直接控制声卡进行数据采集[1] Windows 自带的录音机程序也可驱动声卡来采集语音信号 并能保存为 WAV 格式文件供 MATLAB 相关函数直接读取 写入或播放 本文以 WAV 格式音频信号作为分析处理的输入数据 用 MATLAB 处理音频信号的基本流程是 先将 WAV 格式音频信号经 wavread 函数转换成 MATLAB 列数组变量 再用MATLAB 强大的运算能力进行数据分析和处理 如时域分析 频域分析 数字滤波 信号合成 信号变换 识别和增强等等 处理后的数据如是音频数据 则可用wavwrite 转换成 WAV 格式文件或用 sound wavplay 等函数直接回放 下面分别介绍 MATLAB 在音量标准化 声道分离合并与组合 数字滤波 数
据转换等音频信号处理方面的技术实现
音量标准化
录制声音过程中需对声音电平进行量化处理 最理想的量化是最大电平对应最高量化比特 但实际却很难做到 常有音轻问题 利用 MATLAB 很容易实现音量标准化 即最大电平对应最高量化比特 基本步骤是 先用 wavread 函数将 WAV 文件转换成列数组变量 再求出数组变量的极值并对所有元素作归一化处理 最后用 wavwrite 函数还原成音量标准化的 WAV 文件
例 1 现以微软自带的 Windows XP 关机.wav 音频信号为例 先将其复制另存到文件名为 XPexit.wav 的 MATLAB 当前目录中
再通过音量标准化处理后保存为 XPquit.wav 文件 实现程序如下 clear;close all;clc;
[Y,FS,NBITS]=wavread('XPexit.WAV');% 将 WAV 文件转换成变量 FS,NBITS, % 显示采样频率和量化比特
Ym=max(max(max(Y)),max(abs(min(Y)))), % 找出双声道极值 X=Y/Ym;% 归一化处理
wavwrite(X,FS,NBITS,'XPquit.wav')% 将变量转换成 WAV 文件 试听可知标准化处理后音量稍大
声道分离合并与组合立体声或双声道音频信号有左右两个声道 利用 MATLAB 实现双声道分离 两路声道合并和两个单声道组合成一个双声道等效果 实际上是利用了 MATLAB的矩阵抽取 矩阵相加和矩阵重组运算
例 2 现以例 1 生成的 XPquit.wav 为例 实现分离 合并和组合处理的程序如下
clear;close all;clc;
[x,FS,NBITS]=wavread('XPquit.WAV');% 将 WAV 文件转换成变量 x1=x(:,1);% 抽取第 1 声道 x2=x(:,2);% 抽取第 2 声道
wavwrite(x1,FS,NBITS,'XPquit1.WAV');% 实现 1 声道分离 wavwrite(x2,FS,NBITS,'XPquit2.WAV');% 实现 2 声道分离 %如果合并位置不对前面补 0 %声道长度不对后面补 0 x12=x1+x2;% 两路单声道列向量矩阵变量合并 x12m=max(max(x12),abs(min(x12))), % 找出极值 y12=x12./x12m;% 归一化处理
wavwrite(y12,FS,NBITS,'XPquit12.WAV');% 实现两路声道合并 %如果组合位置不对前面补 0--声道长度不对后面补 0 x3=[x1,x2];% 两路单声道变量组合wavwrite(x3,FS,NBITS,'XPquit3.WAV');% 实现两路声道组合 可以试听声道分离 合并与组合的效果 也可对各文件大小进行比较
数字滤波
数字滤波是常用的音频处理技术 可根据技术指标 先利用 FDATool 工具 设计一个数字滤波器[2] 再用 Filter 或 Filter2 函数即可实现滤波处理 调用的 Filter 函数格式是 Y = filte(B,A,X)其中 B 和 A 是滤波器传输函数的分子和分母系数 X 是输入变量 Y是实现滤波后的输出变量 如果处理立体声音频信号 可分开处理 但用 FIR 滤波器时调用 Filter2 函数更方便 例 3 现以例 2 生成的 XPquit12.wav 为例 实现数字滤波的程序如下 clear;close all;clc;
[X,FS,NBITS]=wavread('XPquit12.WAV');% 将 WAV 文件转换成变量 %利用 FDATool 设计一个 LowpaButterworth 滤波器 %指标 FS=22050Hz Fp=1000Hz Ap=1dB Fs=3000Hz As=20dB B =[0.0062,0.0187,0.0187,0.0062];% 分子系数 A =[1,-2.1706,1.6517,-0.4312];% 分母系数 Y=filter(B,A,X);% 实现数字滤波 t=(0:length(X)-1)/FS;% 计算数据时刻 subplot(2,2,1);plot(t,X);% 绘制原波形图 title(' 原信号波形图 ');% 加标题
subplot(2,2,3);plot(t,Y);% 绘制滤波波形图 title(' 滤波后波形图 ');% 加标题 xf=fft(X);% 作傅里叶变换求原频谱 yf=fft(Y);% 作傅里叶变换求滤波后频谱
fm=3000*length(xf)/FS;% 确定绘频谱图的上限频率 f=(0:fm)*FS/length(xf);% 确定绘频谱图的频率刻度
subplot(2,2,2);plot(f,abs(xf(1:length(f))));% 绘制原波形频谱图 title(' 原信号频谱图 ');% 加标题
subplot(2,2,4);plot(f,abs(yf(1:length(f))));% 绘制滤波后频谱图 title(' 滤波后信号频谱图 ');% 加标题
wavwrite(Y,FS,NBITS,'XPquitFilter.WAV');% 写成 WAV 文件 程序运行结果如图 1 所示 由图可知 滤波对波形影响不大 但对高频有较大衰减 试听会感觉到处理后的声音比较沉闷
数据转换
数据转换是指改变音频格式中的采样频率或量化位数 转换原理是 先用矩阵插值或抽取技术实现变量变换 如果是抽取数据还需在变换前作滤波处理使之满足采样定理 变量变换完成后再用 Wavwrite 函数重新定义量化位数和采样频率即可实现数据转换 数据转换过程中 要注意采样频率与原始采样频率及插值或抽取系数的关系 MATLAB 实现插值或抽取的函数有 decimate ,interp 和 resample
这里以 2 倍抽取为例 将例 3 中经过滤波后产生的 XPquitFilter.WAV 文件进行数据转换处理 具体程序如下 clear;close all;clc;[x,FS,NBITS]=wavread('XPquitFilter.WAV');% 将 WAV 文件转换成变量 N=length(x);% 计算数据点数 % 不是偶数点化成偶数点
if mod(N,2)==0;N=N;else x(N)=[];N=N-1;end;% 原信号波形频谱分析
tx=(0:N-1)/FS;% 计算原信号数据点时刻 subplot(3,2,1);plot(tx,x);% 绘制原信号波形 title(' 原信号波形图 ');% 加标题 xf=fft(x);% 求原信号频谱
fx=(0:N/2)*FS/N;% 确定频谱图频率刻度
subplot(3,2,2);plot(fx,abs(xf(1:N/2+1)));% 绘制原信号频谱 title(' 原信号频谱图 ');% 加标题 % 实现数据抽取
k=[1:N/2];% 确定抽取位置 y=x(2*k);% 实现抽取后的数据 M=length(y);% 计算抽取后数据点数
% 抽取数据在原采样频率 FS 下的波形频谱分析 ty=(0:M-1)/FS;% 计算数据点时刻
subplot(3,2,3);plot(ty,y);% 绘制信号波形图 title(' 原采样率下新波形图 ');% 加标题 yf=fft(y);% 求频谱
fy=(0:M/2)*FS/M;% 确定频谱图频率刻度
subplot(3,2,4);plot(fy,abs(yf(1:M/2+1)));% 绘制频谱图 title(' 原采样率下新频谱图 ');% 加标题 % 抽取数据在 FS/2 采样频率下的波形频谱分析 tz=(0:M-1)/(FS/2);% 计算数据点时刻
subplot(3,2,5);plot(tz,y);% 绘制信号波形图 title(' 新采样率下新波形图 ');% 加标题 fz=(0:M/2)*(FS/2)/M;% 确定频谱图频率刻度
subplot(3,2,6);plot(fz,abs(yf(1:M/2+1)));% 绘制频谱图 title(' 新采样率下新频谱图 ');% 加标题 % 实现数据转换
wavwrite(y,FS/2,NBITS,'XPquit16B.WAV');% 音频格式 PCM 11025Hz 16 位
wavwrite(y,FS/2,NBITS/2,'XPquit8B.WAV');% 音频格式 PCM 11025Hz 8 位
运行程序 在得到的图形窗口中 执行 Edit/Axes Properties命令 再把各分图下 X 标签中的 Limits 设为 0,0.01 和 0, 1000 得到 0--0.01 秒的波形和 0--1000Hz 的频谱如图 2 所示 由图可知在满足采样定律条件下 实现数据抽取 在原采样率下波形变密频谱变宽且幅度减半 但在新采样率下波形和频谱都很好 通过试听输出文件还可感受处理效果
基于MATLAB 的数字滤波实验
附录 参考文献：
基孑MATLAB的数字滤波器设计 南昌市科学器材公司 甘震
基于Matlab的音频文件数字滤波处理 张 康,刘 雅
基于MATLAB 的音频信号处理技术实现
