張國(guó)偉 吳澳輝 陳細(xì)水 胡春華

摘要：通過MATLAB仿真模擬軟件，以音頻分析與處理為設(shè)計(jì)目標(biāo)，綜合運(yùn)用GUI界面設(shè)計(jì)一套完整的音頻分析與處理方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻的收集，并運(yùn)用函數(shù)調(diào)用來實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的剪輯、分析混音，以此來實(shí)現(xiàn)音頻數(shù)據(jù)的分析與處理。本設(shè)計(jì)主要以高效率、低成本的方案，為基于MATLAB的音頻分析與處理提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：MATLAB;GUI界面;音頻分析與處理

1.引言

目前，隨著計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)的飛速發(fā)展，在這個(gè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，語(yǔ)音交互已經(jīng)成為人機(jī)交互的主要手段，而音頻信號(hào)的采集和處理是人機(jī)交互的前提以及基礎(chǔ)，主流的音頻處理包括音頻處理軟件、聲卡等[1，2]。不同的音頻處理一般包括對(duì)信號(hào)濾波、放大、采樣保持、A/D和D/A轉(zhuǎn)換等功能[3]，其中對(duì)信號(hào)濾波、放大、采樣保持以其精度高、效率高、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)廣泛用于音頻處理與分析中[4～8]。文中設(shè)計(jì)的音頻處理與分析即采用通過多種編程方法驅(qū)動(dòng)聲卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集和回放，并利用功能函數(shù)快捷方便地對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)了基于MABLAB的音頻信號(hào)與處理的基本功能，并以低成本、高效率的優(yōu)勢(shì)為相關(guān)設(shè)計(jì)提供借鑒與參考。

2.整體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的采集、處理等基本功能，本設(shè)計(jì)以MATLAB的圖形用戶界面為主控界面[9]，分別采用聲卡及錄音進(jìn)行音頻的錄制，并能進(jìn)行音頻的分析;通過內(nèi)置函數(shù)進(jìn)行音頻的處理;通過GUI界面進(jìn)行用戶操作等。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)及功能簡(jiǎn)介

3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于MATLAB的音頻處理及分析的功能需求，系統(tǒng)的界面關(guān)系。其中前端的創(chuàng)建用戶、登錄等屬于系統(tǒng)界面的用戶端口;音頻導(dǎo)入、音頻錄制、音頻播放等則是系統(tǒng)的處理裝置。主控界面是利用MATLAB的GUI界面，功能均用內(nèi)置函數(shù)實(shí)現(xiàn)，即系統(tǒng)基本功能集成在同一界面上實(shí)現(xiàn)，降低了系統(tǒng)集成的成本。

3.2功能簡(jiǎn)介

在音頻文件的收取中，使用函數(shù)直接打開文件夾，簡(jiǎn)便的與電腦文檔進(jìn)行交互，方便對(duì)音頻文件的自主選取，在選取音頻文件后，會(huì)將音頻信息存儲(chǔ)在Matlab的內(nèi)存中，這樣我們可以任意的對(duì)這個(gè)音頻進(jìn)行處理并不會(huì)影響到我們最開始的音頻文件，在對(duì)音頻文件處理完成后，我們可以選擇對(duì)音頻文件的存儲(chǔ)，這樣我們能就能夠得到我們需要的音頻文件，在錄音模式下，我們可以根據(jù)自己的需要對(duì)錄音時(shí)常進(jìn)行設(shè)置，錄音完成會(huì)保存在相應(yīng)的音頻文件中，這樣我們可以對(duì)錄音進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理。

4.音頻處理實(shí)例分析

4.1音頻的采集

4.1.1錄制音頻模式

使用matlab中audiorecorder函數(shù)對(duì)音頻進(jìn)行錄制并且保存，可以通過輸入錄音時(shí)間來設(shè)置讓錄音進(jìn)行任意時(shí)間的錄入。

4.1.2通過導(dǎo)入音頻來進(jìn)行對(duì)導(dǎo)入音頻的調(diào)制

可以將調(diào)制完的音頻保存到Mr音頻文件

4.2音頻的處理設(shè)計(jì)

導(dǎo)入音頻，我們通過代碼實(shí)現(xiàn)在文件夾里面直接選取音頻文件，并且將文件名顯示在文本框中。

在這個(gè)操作界面下可以看到分別有很多種處理的模式，在這些模式的處理上，我們通過對(duì)設(shè)定的Fs的值進(jìn)行處理可以讓音頻展現(xiàn)出不同的播放效果，或者對(duì)音頻的頻率進(jìn)行過濾或?qū)σ纛l添加不同的數(shù)據(jù)都能得到不同的處理結(jié)果。

快放模式和慢放模式：

直接對(duì)Fs的值進(jìn)行倍數(shù)更改讓音頻播放進(jìn)行倍數(shù)的變化，最后得到的音頻整體會(huì)進(jìn)行快放或者慢放。

倒放模式：

我們使用flipud函數(shù)對(duì)音頻進(jìn)行整體的處理，然后對(duì)處理的函數(shù)進(jìn)行播放就能夠得到倒放的效果。

柔和模式：

通過對(duì)音頻頻率的處理柔化了一些比較高或者比較的頻率，使頻域相對(duì)趨于平緩，這樣出來的音頻播放效果更加的柔和。

噪音添加和去噪音模式：

添加噪音，我們使用了比較簡(jiǎn)單的直接添加Matlab白噪聲進(jìn)行噪聲的模擬，在去噪音模式中，我們使用im2double函數(shù)對(duì)音頻進(jìn)行濾波計(jì)算。

錄音模式：

我們可以自主設(shè)置錄音的時(shí)長(zhǎng)，在錄音結(jié)束后我們可以對(duì)錄音進(jìn)行播放和查看，對(duì)錄音進(jìn)行上訴的音頻處理，也可以將錄音直接保存在音頻文件中。

5.結(jié)論

綜上，本設(shè)計(jì)已基本實(shí)現(xiàn)了音頻的采集、錄制、處理等功能。設(shè)計(jì)的不足之處在于，對(duì)音頻處理有專業(yè)高端需求的群體來說，可進(jìn)一步將語(yǔ)音處理的功能進(jìn)一步更加完善，以便更好地進(jìn)行專業(yè)的音頻處理。此外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還須進(jìn)一步完善，在音頻設(shè)計(jì)方面如實(shí)現(xiàn)人聲的識(shí)別并處理、音頻的無(wú)損連接、音樂的制作等，在登錄方面如實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)用戶進(jìn)行存儲(chǔ)，在音頻存儲(chǔ)方面可改進(jìn)讓音頻存入云端這樣能夠進(jìn)行更多的儲(chǔ)存。

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