基于MATLAB 的GUI设计.docx

基于MATLAB的GUl设计摘要：随着科学技术的日渐发展，语音识别技术广泛应用在我们身边，如人工合成语音、识别内容或辨别讲话者，但普遍面临噪声给信号带来干扰的问题。基于上述，本设计主要以研究语音信号的采集、加噪、滤波为研究方向，设计一款在MATLAB软件上的语音信号采集及分析的GUl界面仿真系统。预先录制一段声音，W.wav导入系统，采集语音信号后做傅里叶变换、加入随机噪声、采用巴特沃斯低通滤波器滤波加噪信号，分别得到对应的时域、频域图。通过测试和分析对比，并调用函数实现编程代码，最终实现系统的仿真界面，并播放原始声音。本设计的优点在于GUI以窗口、弹出框、按键、动态文本框等具较强的演示性、可视性的界面形式构成，对语音信号采集与分析的研究具有十分重要的参考意义。关键词：语音信号，MATLAB,采集分析，GUIGUIdesignbasedonMATLABAbstract:Withinprovementsinscienceandtechnology,speechrecognitiontechnologyiswidelyusedaroundus,suchasartificiallysynthesizingspeech,recognizingcontentordistinguishingspeakers,butgenerallyfacestheproblemofnoisecausinginterferencetothesignal.Basedontheabove,thisdesignmainlyfocusesontheacquisition,noiseandfilteringofvoicesignals,anddesignsaGUIinterfacesimulationsystembasedontheacquisitionandanalysisofvoicesignalsonMATLABsoftware.Apre-recordedsoundisimportedintothesystemwith.Wav,andafterthevoicesignaliscollected,Fouriertransformisperformed,randomnoiseisadded,andthenoisesignalisfilteredwithbatworthlow-passfilter,andcorrespondingtime-domainandfrequency-domaingraphsareobtainedrespectively.Throughtestingandanalysisandcomparison,andcallingthefunctiontorealizetheprogrammingcode,thesimulationinterfaceofthesystemisfinallyrealized,andtheoriginalsoundisplayed.TheadvantagesofthisdesignarethattheGUIiscomposedofWindows,pop-upboxes,buttons,dynamictextboxesandotherinterfaceformswithstrongdemonstrationandvisibility.Keywords:voicesignal,MATLAB,acquisitionandanalysis,GUI第1章绪论11.1 研究背景及意义11.1.1 背景11.1.2 意义11.2 国内外研究现状21.3 主要研究内容及工作313.1 研究内容313.2 研究工作3第2章系统的设计及原理52.1 系统设计的原理流程52.2 原始信号的获取52.3 原始信号的时频分析62.4 信号的加噪62.5 滤波器的选择及滤波原理62.5.1 巴特沃斯低通滤波器62.5.2 滤波7第3章MATLABGUI设计及使用83.1 MALAB软件简述83.2 核心控件功能说明83.2.1 静态文本框的使用83.2.2 动态文本框的使用103.2.3 执行按钮的使用103.2.4 坐标轴控件的使用113.3 回调函数及数据传递12第4章测试效果144.1 语音信号采集144.2 信号加噪144.3 信号数字滤波164.4 声音回放17第5章仿真系统设计及实现195.1 语音信号的采集模块195.2 语音信号分析模块195.3 整体界面设计205.4 仿真及实现效果21第6章总结23的减：24致谢26附录27第1章绪论1.1 研究背景及意义1.1.1 背景MATLAB现如今广泛运用在各大研究领域当中，其丰富便捷的强大功能，在满足现代人对某些领域的基本要求之下，还内含各种适用的函数，其软件的周期短，矩阵运算能力强，不仅对于新手来说容易上手，而且可供大部分人的条件需求。且MATLAB的GUl给用户提供了高效快捷的仿真环境。GUI能够实现简易窗口、易于辨别区分的界面，通过设置属性、行为响应方法，用户可集成语音信号的处理，呈现出简单的操作效果。随着经济、科学技术的发展，语言的交流在我们日常生活中显得尤为重要。有效地语音信息是增强沟通最快的方式。现今，越来越多的人们研究语音技术，也可以很多的看到了身边许多产品都运用了此项技术，如微信语言，车载导航语音，人工合成语言，识别讲话内容或是辨别讲话者等，其人和应用端的交互己经在很多领域方面都取得了良好的适用效果。这不仅为人们的交流提供了较大的便利，而且在某些程度上来说扩充了人的思维。因为它贯穿到了我们生活和工作的各方面。语音信号的处理技术起着关键作用。但是，任何一项技术领域的研究都避免不了缺点之处。语音信号的传输过程中，各种不同环境的嘈杂声，即噪声，会影响其信号的转换，对原始声音的恢复具有一定的影响。为使此项研究更好的应用于实际，我对此做了深入的研究。112意义自从其发展多年来，语音信号处理技术得到了许多人的关注，其研究速度一直保持在上升阶段。所以，当出现各种不同的改进方案时，都会被得到广泛的使用。语音信号处理涉及通信、语音、计算机、编程等多个学科，将这些学科结合一起作深入的研究即形成了此项领域的技术。近年来，此项语音处理技术领域取得了丰硕的成果，其理论和对学术的研究在发展程度上都让人吃惊。对语音信号采集与分析的研究，之所以会吸引广大的科学学者去对它进行长期的、锲而不舍的研究和探讨，除了它的实用性大之外，另一个重要的原因就是它始终与当代信息科学结合一起发展。这对数字信号处理技术具有重要的推动意义。对于出现此项技术的缺点时，我们更多的是去改进它，因噪声的存在或是设备的干扰会导致信号的失真，其影响语音系统处理的性能指标。因此，我们对语音信号的处理，其重点在于滤波不同噪声引起的不同干扰。因每种噪声都拥有不同的特性，那我们应该如何根据这种不同实际情况下的噪声有效的去进行处理呢?本文的设计会从采集、加噪、滤波去做重点研究。1.2 国内外研究现状我国对语音信号的研究大致经历了三个程度的递进，第一个阶段是在20世纪中叶，人们主要是做了从语音信号中提取语音的特征参数，用于研究其模拟人的讲话过程，其涉及到音调的高低，发音的间隔时长，来实现语音的简单处理过程；第二阶段是在20世纪70年代，计算机技术和集成电路技术的结合与有效发展为此奠定了一定的基础，其技术随后也得到了日趋完善和成熟的发展；第三个阶段是实用阶段：20世纪80年代直到现今，语音采集识别技术得益于超大规模集成电路的发展和PC机的广泛应用，这对现今计算机、人工智能技术的发展有巨大的贡献。这使语音技术从实验研究走出应用，不断的走向商业化、实用化，预计在未来数年时间内，语音识别技术将会广泛的进入各个领域。随着技术的发展，虽然伴随口音、噪声的因素，但是语音识别还是可以用到的。就像全球消费电子领域最成功的技术标志之一就是远场语音识别。由于语音的相互交换会给人们带来便利，我相信，它一定会成为未来最关键的人机互动接口之一。现代语音的识别可以追随到1952年世界上第一个开源研究，大卫等人研发出的识别英文数字发音的系统，这随之也正式开始了语音识别的发展历程。到1970年，单词识别装置也陆续开始进入实用性的阶段。1971年，美国开始了语音理解系统，其中主要用到的就是APR(AmericanReserchProjectsAgenCy),这个国家对此项的研究轰动了美国甚至全世界，让人们对语音的识别有了不一样的见解，其大大的促进了其发展。当到80年代的时候，矢量量化、人工神经网络等渐渐被运用于语音信号的处理技术上，这极大地促进了科学发展，使得此项技术在实质性的发展上取得进一步成功。并且伴随计算机的出现取得空前发展。如APPIe公司研发的商业应用语音识别系统。这些发明成果可以说是开启语音信号的研究这扇大门的钥匙。目前，对于语音信号的采集及处理，主要有以下几种方式：通过仿真软件的仿真（如：MAnAB仿真），DSP数字化模块处理，小波变换引起的语音信号时域及频域的分析处理。我国虽然对语音识别的研究工作起步较晚，但由于国家的科学重视，倡导科学研究，创新发展，且研究紧跟国际的步伐，相信很快对此项技术的研究就会走进商业产品的使用。1.3 主要研究内容及工作1.3.1 研究内容本文主要是基于MATLABGUI平台搭建语音信号采集和分析系统，通过从外部调入音频信号，采集后做相应的时频分析和频域分析，画出对应的时域波形和频谱图；在原有的信号上添加相应的噪声信号，再次分析其时频特性，并通过设计相应的滤波器来实现对加噪信号的滤波分析；得出滤波后的时域波形和频谱图，对比滤波前后的信号，分析信号的变化；最后利用设计的滤波器验证其滤波效果。回放原始信号；并在最后设计语音信号采集与处理的用户系统界面。1.3.2 研究工作本文设计主要从以下五个方面来进行展开研究：第一章：绪论。主要叙述了语音信号识别、采集、处理的相关研究背景及意义，简单概述此项技术研究的国内外发展现状，并概述其研究的主要内容及其工作。第二章：系统的设计及原理。主要阐述系统设计的框架，从语音信号的采集，原始信号的时频分析，对原始语音信号的加噪分析，巴特沃斯低通滤波器滤波的时频分析的原理进行一个分析。第三章：MATLABGUl的设计及使用。首先阐述MATLAB软件的相关功能，然后阐述关于本文系统设计所要用到的相关核心控件。特别指出静态文本框、动态文本框以及回调函数的使用。第四章：测试效果。预先采集一段后缀为.wav的语音，采集之后导入预先设计好的MATLABGUl界面上，给定不同的参数值，针对语音信号的加噪以及加噪信号的滤波，来进行测试，比较其前后的频谱图，找到声音回放最佳的测试结果值。第五章：系统仿真设计及实现。主要从语音采集模块、语音分析模块来设计整体的系统界面，从整个系统的仿真实现，及运用多个不同的语音进行仿真以达到效果。第2章系统的设计及原理2.1系统设计的原理流程系统的设计是基于在Matlab的平台上，借助于其软件的相关功能来进行。首先利用手机端的录音功能，进行原始语音信号的获取，获取之后我们进行其时频的分析，分析之后我们对原始信号进行加噪处理，在此基础上，对信号进行时域和频域的分析；并设计一个滤波器对加噪信号进行滤波处理，滤波处理之后再分析其时频特性，我们对这三次的时频分析进行一个对比，以达到恢复到原始声音的效果。针对上述，设计的具体原理流程如图2T所示。图2-1设计原理流程图2.2原始信号的获取我们用移动端的录音机录制好一段话，相比PC端录音，其优势是方便，而且电脑运行的时候会产生一定的噪声，用手机录好就可以避免这个