基于MATLAB的音頻分析與處理系統

張國偉 吳澳輝 陳細水 胡春華

摘要：通過MATLAB仿真模擬軟件，以音頻分析與處理為設計目標，綜合運用GUI界面設計一套完整的音頻分析與處理方法，實現對音頻的收集，并運用函數調用來實現音頻信號的剪輯、分析混音，以此來實現音頻數據的分析與處理。本設計主要以高效率、低成本的方案，為基于MATLAB的音頻分析與處理提供技術參考。

關鍵詞：MATLAB;GUI界面;音頻分析與處理

1.引言

目前，隨著計算機與信息科學的飛速發展，在這個互聯網時代，語音交互已經成為人機交互的主要手段，而音頻信號的采集和處理是人機交互的前提以及基礎，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信號濾波、放大、采樣保持、A/D和D/A轉換等功能[3]，其中對信號濾波、放大、采樣保持以其精度高、效率高、速度快、成本低等優勢廣泛用于音頻處理與分析中[4～8]。文中設計的音頻處理與分析即采用通過多種編程方法驅動聲卡，實現對語音信號的采集和回放，并利用功能函數快捷方便地對音頻信號進行處理和分析，實現了基于MABLAB的音頻信號與處理的基本功能，并以低成本、高效率的優勢為相關設計提供借鑒與參考。

2.整體設計

為了實現音頻信號的采集、處理等基本功能，本設計以MATLAB的圖形用戶界面為主控界面[9]，分別采用聲卡及錄音進行音頻的錄制，并能進行音頻的分析;通過內置函數進行音頻的處理;通過GUI界面進行用戶操作等。

3.系統設計及功能簡介

3.1系統設計

基于MATLAB的音頻處理及分析的功能需求，系統的界面關系。其中前端的創建用戶、登錄等屬于系統界面的用戶端口;音頻導入、音頻錄制、音頻播放等則是系統的處理裝置。主控界面是利用MATLAB的GUI界面，功能均用內置函數實現，即系統基本功能集成在同一界面上實現，降低了系統集成的成本。

3.2功能簡介

在音頻文件的收取中，使用函數直接打開文件夾，簡便的與電腦文檔進行交互，方便對音頻文件的自主選取，在選取音頻文件后，會將音頻信息存儲在Matlab的內存中，這樣我們可以任意的對這個音頻進行處理并不會影響到我們最開始的音頻文件，在對音頻文件處理完成后，我們可以選擇對音頻文件的存儲，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，我們可以根據自己的需要對錄音時常進行設置，錄音完成會保存在相應的音頻文件中，這樣我們可以對錄音進行簡單的處理。

4.音頻處理實例分析

4.1音頻的采集

4.1.1錄制音頻模式

使用matlab中audiorecorder函數對音頻進行錄制并且保存，可以通過輸入錄音時間來設置讓錄音進行任意時間的錄入。

4.1.2通過導入音頻來進行對導入音頻的調制

可以將調制完的音頻保存到Mr音頻文件

4.2音頻的處理設計

導入音頻，我們通過代碼實現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，我們通過對設定的Fs的值進行處理可以讓音頻展現出不同的播放效果，或者對音頻的頻率進行過濾或對音頻添加不同的數據都能得到不同的處理結果。

快放模式和慢放模式：

直接對Fs的值進行倍數更改讓音頻播放進行倍數的變化，最后得到的音頻整體會進行快放或者慢放。

倒放模式：

我們使用flipud函數對音頻進行整體的處理，然后對處理的函數進行播放就能夠得到倒放的效果。

柔和模式：

通過對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，我們使用了比較簡單的直接添加Matlab白噪聲進行噪聲的模擬，在去噪音模式中，我們使用im2double函數對音頻進行濾波計算。

錄音模式：

我們可以自主設置錄音的時長，在錄音結束后我們可以對錄音進行播放和查看，對錄音進行上訴的音頻處理，也可以將錄音直接保存在音頻文件中。

5.結論

綜上，本設計已基本實現了音頻的采集、錄制、處理等功能。設計的不足之處在于，對音頻處理有專業高端需求的群體來說，可進一步將語音處理的功能進一步更加完善，以便更好地進行專業的音頻處理。此外，系統設計還須進一步完善，在音頻設計方面如實現人聲的識別并處理、音頻的無損連接、音樂的制作等，在登錄方面如實現對多個用戶進行存儲，在音頻存儲方面可改進讓音頻存入云端這樣能夠進行更多的儲存。

參考文獻：

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