基于MATLAB的音频分析与处理系统

张国伟 吴澳辉 陈细水 胡春华

摘要：通过MATLAB仿真模拟软件，以音频分析与处理为设计目标，综合运用GUI界面设计一套完整的音频分析与处理方法，实现对音频的收集，并运用函数调用来实现音频信号的剪辑、分析混音，以此来实现音频数据的分析与处理。本设计主要以高效率、低成本的方案，为基于MATLAB的音频分析与处理提供技术参考。

关键词：MATLAB;GUI界面;音频分析与处理

1.引言

目前，随着计算机与信息科学的飞速发展，在这个互联网时代，语音交互已经成为人机交互的主要手段，而音频信号的采集和处理是人机交互的前提以及基础，主流的音频处理包括音频处理软件、声卡等[1，2]。不同的音频处理一般包括对信号滤波、放大、采样保持、A/D和D/A转换等功能[3]，其中对信号滤波、放大、采样保持以其精度高、效率高、速度快、成本低等优势广泛用于音频处理与分析中[4～8]。文中设计的音频处理与分析即采用通过多种编程方法驱动声卡，实现对语音信号的采集和回放，并利用功能函数快捷方便地对音频信号进行处理和分析，实现了基于MABLAB的音频信号与处理的基本功能，并以低成本、高效率的优势为相关设计提供借鉴与参考。

2.整体设计

为了实现音频信号的采集、处理等基本功能，本设计以MATLAB的图形用户界面为主控界面[9]，分别采用声卡及录音进行音频的录制，并能进行音频的分析;通过内置函数进行音频的处理;通过GUI界面进行用户操作等。

3.系统设计及功能简介

3.1系统设计

基于MATLAB的音频处理及分析的功能需求，系统的界面关系。其中前端的创建用户、登录等属于系统界面的用户端口;音频导入、音频录制、音频播放等则是系统的处理装置。主控界面是利用MATLAB的GUI界面，功能均用内置函数实现，即系统基本功能集成在同一界面上实现，降低了系统集成的成本。

3.2功能简介

在音频文件的收取中，使用函数直接打开文件夹，简便的与电脑文档进行交互，方便对音频文件的自主选取，在选取音频文件后，会将音频信息存储在Matlab的内存中，这样我们可以任意的对这个音频进行处理并不会影响到我们最开始的音频文件，在对音频文件处理完成后，我们可以选择对音频文件的存储，这样我们能就能够得到我们需要的音频文件，在录音模式下，我们可以根据自己的需要对录音时常进行设置，录音完成会保存在相应的音频文件中，这样我们可以对录音进行简单的处理。

4.音频处理实例分析

4.1音频的采集

4.1.1录制音频模式

使用matlab中audiorecorder函数对音频进行录制并且保存，可以通过输入录音时间来设置让录音进行任意时间的录入。

4.1.2通过导入音频来进行对导入音频的调制

可以将调制完的音频保存到Mr音频文件

4.2音频的处理设计

导入音频，我们通过代码实现在文件夹里面直接选取音频文件，并且将文件名显示在文本框中。

在这个操作界面下可以看到分别有很多种处理的模式，在这些模式的处理上，我们通过对设定的Fs的值进行处理可以让音频展现出不同的播放效果，或者对音频的频率进行过滤或对音频添加不同的数据都能得到不同的处理结果。

快放模式和慢放模式：

直接对Fs的值进行倍数更改让音频播放进行倍数的变化，最后得到的音频整体会进行快放或者慢放。

倒放模式：

我们使用flipud函数对音频进行整体的处理，然后对处理的函数进行播放就能够得到倒放的效果。

柔和模式：

通过对音频频率的处理柔化了一些比较高或者比较的频率，使频域相对趋于平缓，这样出来的音频播放效果更加的柔和。

噪音添加和去噪音模式：

添加噪音，我们使用了比较简单的直接添加Matlab白噪声进行噪声的模拟，在去噪音模式中，我们使用im2double函数对音频进行滤波计算。

录音模式：

我们可以自主设置录音的时长，在录音结束后我们可以对录音进行播放和查看，对录音进行上诉的音频处理，也可以将录音直接保存在音频文件中。

5.结论

综上，本设计已基本实现了音频的采集、录制、处理等功能。设计的不足之处在于，对音频处理有专业高端需求的群体来说，可进一步将语音处理的功能进一步更加完善，以便更好地进行专业的音频处理。此外，系统设计还须进一步完善，在音频设计方面如实现人声的识别并处理、音频的无损连接、音乐的制作等，在登录方面如实现对多个用户进行存储，在音频存储方面可改进让音频存入云端这样能够进行更多的储存。

参考文献：

[1] 宋翔.数字音频处理技术在多媒体计算机中的应用分析[J].湖北农机化，2019（22）：67.

[2] 呂紫薇，马昕洋，李豇安，李铎，教召航.基于MATLAB的音频信号的分析与处理[J].河北农机，2019（04）：45-46.DOI：10.15989/j.cnki.hbnjzzs.2019.04.037.

[3] 尹学爱，马国利，冯伟伟.基于MATLAB的声音信号频谱分析仪[J].教育教学论坛，2018（04）：276-278.

[4] 彭南京. 基于音频信号处理技术的音色分析系统的研究与实现[D].北京邮电大学，2016.

[5] 刘卫强.基于MATLAB的音频信号综合分析处理[J].德州学院学报，2014，30（04）：33-42.

[6] 翟继涛，雷洪.基于Matlab的音频数据采集系统的分析与评价[J].电脑知识与技术，2014，10（17）：4134-4136.

[7] 罗秀芝，王伯雄，王雪.Matlab语言在测试与检测技术实验中的应用[J].实验技术与管理，2011，28（11）：47-49+60.DOI：10.16791/j.cnki.sjg.2011.11.015.

[8] 张登奇，蒋敏.基于MATLAB的音频信号处理技术实现[J].电脑知识与技术，2009，5（05）：1211-1213.