MATLAB音频信号的分析与合成程序

第二讲 MATLAB的 程序设计
2．1 脚本文件和函数文件 2．2 函数调用和参数传递 2．3 MATLAB的程序结构和控制流 2．4 M文件的调试 2．5 程序设计实例 2．5．1 音频信号的分析与合成 2．5．2 音频频谱分析仪 2．5．3 幅度调制
1
2．1 脚本文件和函数文件
M文件有两种形式 ：脚本文件（Script File）和函数文件 （Function File ）。这两种文件的扩展名，均为“ . m” 。 2．1．1 M脚本文件
9
2．4 M文件的调试（续1）
直接调试法：可以用下面方法发现某些运行错误。 • 在M文件中，将某些语句后面的分号去掉， 迫使M文件输 出一些中间计算结果，以便发现可能的错误。 • 在适当的位置，添加显示某些关键变量值的语句（包括使 用 disp 在内）。 • 利用 echo 指令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。 echo on 能显示M脚本文件；echo FunNsme on 能显示名为 FunNsme 的M函数文件。 • 在原M脚本或函数文件的适当位置，增添指令 keyboard 。 keyboard 语句可以设置程序的断点 。 • 通过将原M函数文件的函数申明行注释掉，可使一个中 间变量难于观察的M函数文件变为一个所有变量都保留在 基本工作空间中的M脚本文件。
z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)^2-3.75*x(j)^2-1.5*x(j));
elseif x(j)+y(i)<=-1 z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)^2-3.75*x(j)^2+1.5*x(j)); else z(i,j)=0.7575*exp(-y(i)^2-6.*x(j)^2); end end end axis([-a,a,-b,b,min(min(z)),max(max(z))]); colormap(flipud(winter));surf(x,y,z); 16
s(t ) [1 mA m(t )] sin t • DSB-AM： s(t ) m(t ) sin t
• SAM:
• SSB：
m A 是调制度。
m(t )
• QAM：
s(t ) 0.5 m(t ) cos t 0.5 m(t ) sin t s(t ) 0.5 m(t ) cos t 0.5 m(t ) sin t
5
2．2 函数调用和参数传递（续）
2．2．3 参数传递 MATLAB在函数调用上有一个与众不同之处 ：函数所传递的 参数具有可调性 。
传递参数数目的可调性来源于如下两个MATLAB永久变量： • 函数体内的 nargin 给出调用该函数时的输入参数数目。 • 函数体内的 nargout 给出调用该函数时的输出参数数目。 只要在函数文件中包括这两个变量，就可以知道该函数文件 调用时的输入参数和输出参数数目。 （参考 ： circle .m，am1.m） 值得注意：nargin、 nargout 本身都是函数，不是变量，所 以用户不能赋值，也不能显示。 “变长度”输入输出宗量：varargin 、 varrgout。具有接受 “任意多输入” 、返回“任意多输出”的能力 。 跨空间变量传递：evalin。
常用指令：return，echo，input，pause，keyboard，break。 警示指令：error， warning 。
7
2．3 MATLAB的程序结构和控制流（续）
2．3．3 图形用户界面（GUI）编程 现代的主流应用程序已经从命令行的交互方式转变为以图 形界面为主的交互方式，这主要是由于它给用户带来了操作 和控制的方便与灵活性。（面向对象编程） MATLAB能够以比较简单的方式实现一系列的图形界面功 能。通过对控件、菜单属性的设置和 Callback 的编写，就能 够满足大多数用户的需求。 控件的 Callback 属性： Callback 属性的取值是字符串，可 以是某个M文件名或一小段MATLAB语句。当用户激活控件 对象（例如 ：在控件对象图标上单击鼠标左键 ）时，应用程 序就运行 Callback 属性定义的子程序。 菜单的 Callback 属性： Callback 属性的取值是字符串，可 以是某个M文件名或一小段MATLAB语句。当用户激活菜单 对象时，若没有子菜单就运行 Callback 属性定义的子程序。 若有，先运行 Callback 属性定构和控制流
2．3．1 程序结构 顺序结构
循环结构： MATLAB提供两种循环方式。
for—end 循环和while---end循环。 分支结构： if—else—end 。 switch---case 结构。 try---catch 结构。
2．3．2 程序流控制
0.75 x2 2 3.75 x12 1.5 x1
15
M脚本文件入门（续）
%s_file.m a=2;b=2; clf; This is my first example.
返回
x=-a:0.2:a;y=-b:0.2:b;
for i=1:length(y) for j=1:length(x) if x(j)+y(i)>1
是调制信号 m(t ) 的希尔伯特变换。 s(t ) m1(t ) sin t m2(t ) cos t
14
M脚本文件入门
（s_file.m）
返回
通过M脚本文件，画出下列分段函数所表示的曲面。
0.5457e x1 x 2 1 x2 2 6 x12 p( x1 , x 2 ) 0.7575e 1 x1 x 2 1 0.75 x2 2 3.75 x12 1.5 x1 0.5457e x1 x 2 1
8
2．4 M文件的调试
编写 M文件时，错误（Bug）在所难免。错误有两种：语法 （Syntax）错误和运行（Run-time）错误。
语法错误是指变量名、函数名的误写，标点符号的缺、漏等。 对于这类错误，通常能在运行时发现，终止执行，并给出相应 的错误原因以及所在行号。
运行错误是算法本身引起的，发生在运行过程中。相对语法 错误而言，运行错误较难处理 。尤其是M函数文件，它一旦运 行停止，其中间变量被删除一空，错误很难查找。 有两种调试方法：直接调试法和工具调试法。
2
2．1 脚本文件和函数文件（续1）
2．1．2 M函数文件 与脚本文件不同 ，函数文件犹如一个“黑箱”，把一些数据 送进并经加工处理，再把结果送出来。 MATLAB提供的函数指令大部分都是由函数文件定义的。
M函数文件的特点是： • 从形式上看 ，与脚本文件不同 ，函数文件的笫一行总是 以 “function”引导的“函数申明行”。 •从运行上看 ，与脚本文件运行不同 ，每当函数文件运行， MATLAB就会专门为它开辟一个临时工作空间，称为函数 工作空间（ Function workspace） 。当执行文件最后一条 指令时 ，就结束该函数文件的运行，同时该临时函数空间 及其所有的中间变量就立即被清除。 • MATLAB允许使用比 “标称数目 ”较少的输入输出宗量， 实现对函数的调用 。
10
2．4 M文件的调试（续2）
GUI 界面调试法： MATLAB 5.x 版提供了一个基于GUI界面的调试。使用它， 可以对函数进行调试。 Debug菜单的使用： Continue：恢复程序运行至结束或另一个断点 。 Single Step：单步执行函数。
Step In：深入下层局部工作区 。 Quit Debugging：退出调试状态。 Set/Clear Breakpoint：设置/清除光标处的断点 。 Clear All Breakpoints：清除程序中的所有断点 。 Stop if Error：运行至出错或结束。 Stop if Warning：运行至警告消息或结束。 Stop if NaN of Inf：运行至运算结果出现 NaN 或 Inf。
3
2．1 脚本文件和函数文件（续2）
2．1．3 M文件的一般结构 由于从结构上看 ，脚本文件只是比函数文件少一个“函数申 明行”，所以只须描述清楚函数文件的结构 。 典型 M函数文件的结构如下 ： • 函数申明行：位于函数文件的首行，以关键字 functio 开头， 函数名以及函数的输入输出宗量都在这一行被定义。 • 笫一注释行：紧随函数申明行之后以%开头笫一注释行。 该行供lookfor关键词查询和 help在线帮助使用 。 • 在线帮助文本区 ：笫一注释行及其之后的连续以%开头的 所有注释行构成整个在线帮助文本。
strcmp(action,'Spectrum');
13
2．5．3 幅度调制
（车晴P203--- am.m）
幅度调制，即载波幅度随调制信号变化的调制（AM）。 幅度调制有多种实现方式，包括：标准幅度调制（SAM）， 双边带幅度调制（DSB-AM），单边带幅度调制（SSB）， 残留边带调制（VSB）和平衡正交幅度调制（QAM）等。 假定调制信号为m(t)，其幅度为1v ，载波信号为 sin t ， 各种调幅方式的已调波的表达式如下 :
12
2．5．2 音频频谱分析仪
（车晴P199---audspec.m）
M函数文件 audspec.m 用于对音频频谱分析仪进行仿真，它 通过鼠标来选择一个WAV文件，它可以播放该声音文件、显 示音频输入信号的波形和频谱。 WAV文件的输入方式采用 uigetfile 函数，该函数打开一个标 准的对话框，然后可以选择声音文件的路径和文件的名称。 信号波形生成使用绘图函数就可以完成，而信号的频谱是通 过快速付立叶变换而得到的。 常用函数： strcmp(action,'initialized'); strcmp(action,'Play'); strcmp(action,'Zoom');