1、實驗一：語音壓縮編碼的實現(xiàn)實驗一語音壓縮編碼的實現(xiàn)一一增量調(diào)制1、 實驗?zāi)康?1)會用MATLAB語言表示基本的信號(2)用MATLAB實現(xiàn)語音信號的采集(3)理解增量調(diào)制(DM )的原理并編程實現(xiàn) 編譯碼2、 實驗原理1、信號是隨時間變化的物理量，它的本質(zhì) 是時間的函數(shù)。信號可以分為時間連續(xù)信號和時 間離散信號。連續(xù)信號是指除了若干不連續(xù)的時 間點外，每個時間點上都有對應(yīng)的數(shù)值的信號。 離散信號則是只在某些不連續(xù)的點上有信號值， 其它的時間點上信號沒有定義的一類信號。 離散 信號一般可以由連續(xù)信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換而得到。語音信號是模擬信號，經(jīng)麥克風(fēng)輸入計算機(jī) 后，就存為數(shù)字信號。2、增量調(diào)制編碼

2、基本原理是采用一位二進(jìn) 制數(shù)碼“1”或“0”來表示信號在抽樣時刻的值 相對于預(yù)測器輸出的值是增大還是減小， 增大則 輸出“1”碼，減小則輸出“ 0”碼。收端譯碼器 每收到一個1碼)譯宿器的輸出相對于前一個時 刻的值上升一個量化階，而收到一個0碼，譯碼 器的輸出相對于前一個時刻的值下降一個量化 階。增量調(diào)制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如課本上圖 3.3-1 所示。在編碼端，由前一個輸入信號的編碼值經(jīng) 解碼器解碼可得到下一個信號的預(yù)測值。 輸入的 模擬音頻信號與預(yù)測值在比較器上相減，從而得 到差值。差值的極性可以是正也可以是負(fù)。 若為 正，則編碼輸出為1;若為負(fù)，則編碼輸出為0o 這樣，在增量調(diào)制的輸出端可以得

3、到一串 1位編 碼的DM碼。脈沖 發(fā)生器_ 比 較器極 性判另一一調(diào)制器, 一 信 道y (t)r 譯碼器圖3.3-1增量調(diào)制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3、 實驗內(nèi)容與方法（一）、用windows自帶的錄音機(jī)錄一段自己的吾、音Q3s%的如 " .wav”文件。1、補(bǔ)充：法首信號的米集Wavread 函數(shù)常超的語法為： y,fs,bite=wavread（ ' filename.wav '）;這里fs為采樣頻率，bite為采樣點數(shù)。AWGN :在某一信號中加入高斯白噪聲y = awgn（x,SNR）在信號x中加入高斯白噪 聲。自噪比SNR以dB為單位。y = awgn（x,SNR,

4、SIGPOWER） 如果 SIGPOWER是數(shù)值，則其代表以dBW為單位 的信號強(qiáng)度；如果 SIGPOWER 為'measured', 則函數(shù)將在加入噪聲之前測定信號強(qiáng)度。用subplot命令表示由原語音信號和加噪后 的語音信號）用sound（y,fs,bite）回放輸入的音頻 信號進(jìn)行對匕匕）也可用 wavplay（y,fs）回放。2、思考題（1）查看文件屬性，寫出音頻采 樣大小，頻道數(shù)，采樣級別，并寫出位速如何計 算。思考題（2）利用函數(shù)wavread對語音信號 進(jìn)行采樣，通過查看相應(yīng)變量，寫出采樣點數(shù)為 多少。思考題（3）簡述sound以及wavplay兩個 函數(shù)有何不同

5、）為何直接輸入wavplay（y）語音 會變諭？（二）設(shè)輸入信號為:y sin 100 t 0.5sin（300 t）增 量調(diào)制的采樣頻率為1000Hz，采樣時間從0到 0.02s,量化階距3 =0.4單位延遲器初始值為0o 思考題（1）按圖3.3-1寫出程序流程圖，并編 程實現(xiàn)編譯碼的全過程，最后用 subplot命令表 示出原信號、編碼輸出信號以及譯碼輸出（使用 stairs（t,x）命令將譯碼表示為階梯狀圖，在這幅圖 中使用hold on命令，把原信號也一并顯示出作 為對比）的信號（假設(shè)理想傳輸，不考慮調(diào)制解 調(diào)方式以及信道上的噪聲）。補(bǔ)本N=length（t）;求數(shù)組長度（即行數(shù)或列數(shù)

6、 中的較大值）D（N>0;令數(shù)組中每個值都為0/考題（2）由實驗的結(jié)果說明什么是斜率 過載，在哪些時刻發(fā)生？什么是散粒噪聲，在哪 些時刻發(fā)生？如何兼顧優(yōu)化這兩種失真？ ADPCM的主要思想是什么？思考題（3）為什么說增量調(diào)制是 PCM的 特殊形式？簡述PCM、增量調(diào)制以及DPCM的不同。（三）補(bǔ)充題：完成書本P25所示的自適應(yīng) 增量調(diào)制食法（控制可變因子 M）4、 實驗要求（1）編制完整的實驗程序，實現(xiàn)對信號的模 擬并得出實驗結(jié)果。（2）在實驗報告中寫出完整的程序， 并完成 上述思考題。1.原始語音采樣后的信號波形值 幅啊 0幅-0.0500.511.52時間tx 105調(diào)制后的信號波形

7、0.1 _c,0.05-0.1 C00.511.5時間t2x 105Figurel原始信號和調(diào)制后的信號波形及頻率加入高斯白噪聲后的波形加噪解調(diào)后的信號波形00.511.52加入高斯白噪聲后的頻率40時間tx 105加噪解調(diào)后的頻率30”20幅100 -3-2-101234030”20幅10-3-2-101230頻率Hzx 104頻率Hzx 104Figure2加入高斯白噪聲和解調(diào)后的信號波形及頻率程序1如下：%原始語音采樣后的信號分析N=16;fs=44100;bits=16;y,fs,bits=wavread('F:1.wav');figure(1) subplot(2,2

8、,1);plot(y);xlabel('時間 t');ylabel('幅值')；title('原始語音采樣后的信號波形');Y=fft(y,2AN);Y0(2AN/2+1:2AN)=Y(1:2AN/2);Y0(1:2AN/2)=Y(2AN/2)/2AN;ff=fs*(-(2AN/2-1):2AN/2)/2AN;subplot(2,2,3);plot(ff,abs(Y0);xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅值')；title('信號原始頻率,);%信號調(diào)制fc=9000;% 載波頻率y_mod

9、=modulate(y,fc,fs,'am'); % 對原語音信號調(diào)制subplot(2,2,2);plot(y_mod);xlabel('時間 t');ylabel('幅值')；title('調(diào)制后的信號波形');YY0=fft(y_mod,2AN);Y1(2AN/2+1:2AN)=YY0(1:2AN/2);Y1(1:2AN/2)=YY0(2AN/2+1:2AN);subplot(2,2,4);plot(ff,abs(Y1);xlabel('頻率 Hz'); ylabel('幅值')； title

10、('信號調(diào)制后的頻率,);%加入高斯白噪聲后的語音信號分析 y_mod1=awgn(y_mod,20,'measured'); figure(2);subplot(2,2,1);plot(y_mod1);xlabel('時間 t');ylabel('幅值')；title(,加入高斯白噪聲后的波形,);YY1=fft(y_mod1,2AN);Y2(2AN/2+1:2AN)=YY1(1:2AN/2);Y2(1:2AN/2)=YY1(2AN/2+1:2AN);subplot(2,2,3);plot(ff,abs(Y2);xlabel('

11、頻率 Hz');ylabel('幅值')；title('加入高斯白噪聲后的頻率,);%信號解調(diào)y1=demod(y_mod1,fc,fs,'am');subplot(2,2,2);piot(yi);xlabel('時間 t');ylabel('幅值')；title('加噪解調(diào)后的信號波形');YY2=fft(y1,2AN);Y3(2AN/2+1:2AN)=YY2(1:2AN/2);Y3(1:2AN/2)=YY2(2AN/2+1:2AN);subplot(2,2,4);plot(ff,abs(Y3);

12、xlabel('頻率 Hz');ylabel('幅值')；title(,加噪解調(diào)后的頻率,);sound(y1,fs,bits);2.增量調(diào)制20-2解碼信號與原信號對比20-20.002 0.004 0.006 0.0080.010.012 0.014 0.016 0.0180.020.002 0.004 0.006 0.0080.010.012 0.014 0.016 0.0180.02程序2如下：Ts=1e-3;%采樣間隔t=0:Ts:20*Ts;% 仿真時間序列，0.02/ (1/1000) =20個采樣點x=sin(100*pi*t)+0.5*sin(

13、300*pi*t);% 信號delta=0.4;% 量化階距D(1+length(t)=0;% 預(yù)測器初始狀態(tài)%誤差for k=1:length(t)e(k)=x(k)-D(k);信號e_q(k)=delta*(2*(e(k)>=0)-1);輸出D(k+1)=e_q(k)+D(k)；遲器狀態(tài)更新codeout(k)=(e_q(k)>0);輸出endsubplot(3,1,1);plot(t,x,'-o');axis(0 20*Ts,-2 2);hold on;title(原信號及其離散值');subplot(3,1,2);stairs(t,codeout);axis(0 20*Ts,-2 2);title('編碼輸出二進(jìn)制序列值');Dr(1+length(t)=0;端預(yù)測器初始狀