案例二——声音图像DIY

内容概要案例设置目的相关基础理论情境任务及步骤立体声构造粗暴的图像压缩图像PS思考题总结报告要求

案例设置目的通过在MATLAB环境下实现单声道音频变立体声以及图像信号的尺度压缩、反色等处理，掌握序列的乘法、尺度变换（降速率采样）的实现，在加深对序列基本运算理解的同时，理解如何用理论解释生活现象，并进一步熟悉MATLAB软件，以便为后续的仿真实验奠定坚实基础。

相关基础理论1．立体声构造为了实现立体声效果，录制时通常需要多个摆放在不同位置的麦克风，播放时也需要2只或2只以上的扬声器。利用人的空间听觉特性，如耳间声级差（InterauralLevelDifference，ILD）、耳间时间差（InterauralTimeDifference）和耳间相关性对空间声像定位，可以按照预期的听觉效果通过对多个声道信号进行相应处理，在听众听觉上形成空间感。对多声道信号进行的处理包括：扬声器排列法、分频法、移相法、延迟法等。本案例拟通过将单声道音频转换为双声道音频，并通过周期性地、交替地对两个声道上的声音进行衰减和增强的方式，在感官上造成声源远离听者的一侧而运动到另一侧的感觉，从而形成声音方位感变化的立体声效果。情境任务要求实现听者能感觉到声源在围绕自己进行圆周转动的效果。设有两通道信号序列x(n)=[xl(n),xr(n)]，时变增益系数G(n)=[Gl(n),Gr(n)]，信号序列x(n)放大后的结果为 （2.1）?

相关基础理论2．行列抽取的图像压缩为减少图像、视频对存储空间的消耗量，可以对它们进行降空间分辨率、降色彩分辨率和去统计冗余等处理，从而达到图像压缩的目的。前两种方法会造成失真，即有损压缩，但是空间存储效率提升快。为锻炼用数字信号处理的内容解决实际问题的能力，这里讨论的方法是降低空间分辨率的压缩方法。设有信号序列x(n)，以Scale为比例因子对x(n)进行尺度变换，可表示为 （2.2）当Scale1时，y(n)是从序列x(n)中每Scale个样点中取1个样点得到的，相当于采样频率降为Fs/Scale，实现了对信号x(n)的降速率采样；当Scale1时，实现对信号x(n)升速率采样，相当于采样频率升为Fs/Scale。假设Scale可写成有理分式的形式，即Scale=M/D，M和D为不小于1的自然数，如Scale=1.25可写成5/4，则不论是升速率采样还是降速率采样，都称为变速率采样问题，或称为再采样问题，都可以表示为采样速率先升M倍再降D倍的情形。?

相关基础理论2．行列抽取的图像压缩图2.1所示为变速率采样流程图。图中xold(n)表示以原采样率Fs采样的结果，xnew(n)表示以新采样率采样的结果；?D表示每D个样点保留1个样点；?M表示序列xold(n)相邻样点间插入M-1个零；LPFD表示为保证以每秒采Fs/D个样点时仍满足Nyquisit采样率定律而对xold(n)进行抗混叠滤波时所用的低通滤波器；LPFM表示为滤除镜像频谱所用的低通滤波器。严格讲，变速率采样需要按图2.1所示的过程处理，以避免二次采样失真或解决Scale为非整数的情况。假设获得信号序列x(n)时所用采样速率Fs足够高，而降速率的比例因子D又不大，因此Fs/D仍然大于信号最高频率的2倍，则图2.1（a）中降速率过程中可省去滤波的过程。图2.1变速率采样流程图

情境任务及步骤一、立体声构造1．单声道音频信号生成建议这样设置参数：式（2.3）中幅度A设置为1，频率f设置为800Hz，采样频率Fs设定为f的10倍，持续时间在5s以上。?2．收听声效MATLAB提供了声音播放函数sound和wavplay，可以通过阅读相关的Help文件，学习函数的调用语法。?

情境任务及步骤3．单声道音频变立体声音频1）单声变双声构造一个2列的矩阵x，其每一列内容均与xl相同。要求使用MATLAB中提供的repmat函数实现从1列矩阵扩充为2列矩阵，可借助Help文件学习该函数的调用语法。?

情境任务及步骤?2）构造空间差（1）生成左声道增益系数Gl和右声道增益系数Gr，使其在一个圆周内的幅度变化有类似如图2.2（a）和（b）所示的效果。建议左右声道增益变化频率设置为0.1Hz。（2）分别