基于MATLAB的語音信號(hào)分析與處理開題報(bào)告.doc

基于MATLAB的語音信號(hào)分析與處理開題報(bào)告學(xué)生姓名所在院系信息工程系所在班級(jí)指導(dǎo)教師學(xué)生學(xué)號(hào)專業(yè)方向電子信息工程開題時(shí)間導(dǎo)師職稱講師論文題目基于MATLAB的語音信號(hào)分析與處理文獻(xiàn)綜述：1 劉敏，魏玲. MATLAB通信仿真與應(yīng)用M. 北京：國防工業(yè)出版社，2001.1. 這本書系統(tǒng)講述了MATLAB在通信工程仿真中的應(yīng)用與方法，向我們展示如何有效地使用MATLAB特別是SimulinK各項(xiàng)功能使我們能迅速掌握其使用方法，內(nèi)容涉及MATLAB仿真應(yīng)用數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，控制系統(tǒng)仿真、通信仿真等，涵蓋了通信工程的電子仿真的各個(gè)方面，也反映了近年來電子通信仿真的本書著重講述了MATLAB通信仿真的應(yīng)用。 2 胡航. 語音信號(hào)處理M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.1本書系統(tǒng)地介紹了語音信號(hào)處理的基礎(chǔ)、概念、原理、方法與應(yīng)用，以及該學(xué)科領(lǐng)域取得的新進(jìn)展，同時(shí)介紹了本門學(xué)科的背景知識(shí)、發(fā)展概況、研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景和發(fā)展趨勢與方向。既著重基本理論、方法的闡述，又著重新方法和新技術(shù)。介紹了語音信號(hào)的各種分析方法和技術(shù)，包括時(shí)域分析、短時(shí)傅里葉分析、同態(tài)濾波及倒譜分析、線性預(yù)測分析、矢量量化技術(shù)、隱馬爾可夫模型技術(shù)以及語音檢測分析；書中講述了語音信號(hào)處理技術(shù)與應(yīng)用，介紹了語音編碼，波形編碼等，聲碼器技術(shù)及混合編碼、語音合成、語音識(shí)別、說話人識(shí)別、語音增強(qiáng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在語音信號(hào)處理中的應(yīng)用及語音信號(hào)處理中的一些新興與前沿技術(shù)。 3 周淵，王炳和，劉斌勝. 基于MATLAB的噪聲信號(hào)采集和分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J. 噪聲控制.2004(7)：5254. 這篇文章介紹了最新 設(shè)計(jì)和研制的一種基于MATLAB的噪聲信號(hào)采集與分析系統(tǒng),該系統(tǒng)利用MATLAB強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算和分析能力,可以高精度、低成本地完成信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、處理與分析工作。給出了系統(tǒng)在MATLAB環(huán)境中二次開發(fā)編程的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程。最后給出了一個(gè)利用該系統(tǒng)采集與分析噪聲信號(hào)的應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)代噪聲測試與分析技術(shù)是建立在聲學(xué)測量理論、電子技術(shù)、數(shù)字計(jì)算技術(shù)和信號(hào)處理理論上的一門不斷發(fā)展的技術(shù)。其中噪聲采集和分析儀器的小型化、智能化、數(shù)字化以及多功能化的發(fā)展越來越快,分析速度較以往也有了大幅度的提升。但一般的噪聲采集與分析系統(tǒng)通常價(jià)格昂。4趙紅怡，張常年.數(shù)字信號(hào)處理及其MATLAB實(shí)現(xiàn)M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.1.當(dāng)前計(jì)算機(jī)應(yīng)用朝著多領(lǐng)域發(fā)展，信息化技術(shù)涉及多方面的工作，主要包括計(jì)算機(jī)的廣泛利用；企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的建立并與外界實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；方便訪問和利用的信息資源；生產(chǎn)過程控制方面的信息技術(shù)應(yīng)用；計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)用于設(shè)計(jì)新產(chǎn)品；企業(yè)生產(chǎn)、流通或服務(wù)信息系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)并利用信息網(wǎng)絡(luò)等手段與外界進(jìn)行商務(wù)往來；建立企業(yè)綜合管理信息系統(tǒng)等等。隨著計(jì)算機(jī)新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，信息化的內(nèi)容和工作也將不斷擴(kuò)展。凡是關(guān)心國家信息化建設(shè)、數(shù)字信號(hào)處理作為自動(dòng)控制的重要環(huán)節(jié)在各個(gè)工業(yè)部門都有廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)用于數(shù)字信號(hào)處理，由于基本身強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，顯示出頻譜分析儀等傳統(tǒng)處理技術(shù)更加高效、靈活的特點(diǎn)。本書介紹了用科學(xué)計(jì)算語言MATLAB實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的方法和實(shí)踐，所有程序均經(jīng)作者調(diào)試運(yùn)行過。全書內(nèi)容包括數(shù)字信號(hào)處理基本理論及實(shí)現(xiàn)、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、一維信號(hào)處理的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)、二維信號(hào)處理的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)以及MATLAB語言中與數(shù)字信號(hào)處理有關(guān)內(nèi)容的簡單介紹。5馬明建數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)（第二版）M西安交通大學(xué)出版社20051.全書全面而又系統(tǒng)地講述了數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)。主要內(nèi)容包括：模擬信號(hào)的數(shù)字化處理，模擬多路開關(guān)、測量放大器、采樣/保持器、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等芯片的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用，數(shù)據(jù)的接口板卡采集，數(shù)字信號(hào)的采集，數(shù)據(jù)的串行端口采集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)，采樣數(shù)據(jù)的預(yù)處理，數(shù)據(jù)采系統(tǒng)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)例。 書中附有大量工程應(yīng)用實(shí)例和程序，其中大部分系作者近年來科研工作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，具有內(nèi)容新穎、實(shí)用和工程性強(qiáng)的特色，其目的是希望幫助讀者在實(shí)際應(yīng)用中正確、合理地設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。6劉春等.MATLAB在數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用J.儀表技術(shù)，2006（5）：28-30.這篇文章主要介紹了數(shù)字濾波器的基本概念,詳細(xì)論述了利用MATLAB軟件設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的原理、步驟和實(shí)現(xiàn)方法,并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例和運(yùn)行結(jié)果。在數(shù)字信號(hào)處理中,數(shù)字濾波占有極重要地位,目前對(duì)數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)有多種方法,其中著名的MATLAB軟件是MathWorks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值運(yùn)算可視化軟件,它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體,功能強(qiáng)大,編程效率高,是設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的強(qiáng)有力工具。7陳佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程M. 北京：清華大學(xué)出版社，2002.7.本書系統(tǒng)地討論了數(shù)字信號(hào)處理的基本理論、基本分析方、基本算法和基本實(shí)現(xiàn)方法。離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)的基本理論,即離散時(shí)間信號(hào)與系統(tǒng)、z變換及離散傅里葉變換。討論了各種快速傅里葉變換算法。介紹了數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)、理論和設(shè)計(jì)方法,包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法和數(shù)字信號(hào)處理的有限字長效應(yīng)。并以公司的系列為例,介紹數(shù)字信號(hào)處理器。開題報(bào)告(正文)：選題背景及意義：語音信號(hào)處理是一門比較實(shí)用的電子工程的專業(yè)課程，語音是人類獲取信息的重要來源和利用信息的重要手段。小到平時(shí)的生活中買賣的討價(jià)還價(jià)，大到國際上的外交談判，都是通過語言進(jìn)行的，通過語言人們進(jìn)行信息上的交流與溝通。語音處理技術(shù)應(yīng)用到了生活的方方面面，如公交車上的自動(dòng)報(bào)站設(shè)備，汽車上的喇叭，給耳朵不好的人用的助聽器，工業(yè)中的自動(dòng)報(bào)警設(shè)備等。目前，語音處理技術(shù)的研究與實(shí)際應(yīng)用方面結(jié)合的很好，充分做到了產(chǎn)研一體化，我們有理由相信在今后語音技術(shù)會(huì)發(fā)展更好，給大家?guī)砀嗟膸椭ＵZ音信號(hào)處理早已經(jīng)給人類社會(huì)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，以后它在理論上有更廣的發(fā)展，在應(yīng)用方面也會(huì)成為社會(huì)各個(gè)方面非常有用的工具，它是我們發(fā)展不可缺少的一部分，不論是民用還是軍用，不論是社會(huì)生產(chǎn)還是科學(xué)研究，它都會(huì)發(fā)揮出巨大的作用。目前，科學(xué)家們正在研究如何進(jìn)行人機(jī)對(duì)話。這個(gè)課題具有非常實(shí)際的意義，如口呼打字機(jī)（即語音輸入，文字輸出的機(jī)器），如語音翻譯機(jī)（戴在耳朵上，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)中英文翻譯），還有用語音指揮機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)等，這些都是目前研究的焦點(diǎn)，它們并不是科幻中的產(chǎn)物，二十馬上就會(huì)實(shí)現(xiàn)的科學(xué)產(chǎn)品。語音信號(hào)處理技術(shù)的日益發(fā)展，體現(xiàn)在我們生活中的方方面面，90年的電話到2000年的手機(jī)，都充分說明了語音信號(hào)處理技術(shù)的重要性及其意義。研究目標(biāo)及任務(wù)：本論文主要研究語音信號(hào)的簡單處理，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)學(xué)基本原理實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的處理，在MATLAB7.0的環(huán)境下綜合運(yùn)用信號(hào)的提取，幅頻變換以及傅里葉變換，濾波等技術(shù)來進(jìn)行語音信號(hào)的處理，我所做的工作就是在MATLAB7.0軟件里編寫一個(gè)語音信號(hào)處理的程序，能對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采集，并對(duì)其進(jìn)行各種處理，達(dá)到簡單的語音信號(hào)處理的目的。主要研究內(nèi)容：（一） 語音信號(hào)的采集：使用電腦設(shè)備錄制自己的一段聲音信號(hào)。（二） 語音信號(hào)的處理：語音信號(hào)的處理主要包括信號(hào)的提取、信號(hào)的調(diào)整、信號(hào)的變換、濾波等1. 提取：通過電腦的設(shè)備輸入一段音頻信號(hào)到設(shè)計(jì)的軟件，完成音頻信號(hào)的頻率、幅度等信息的提取。2. 調(diào)整：在設(shè)計(jì)的操作界面下對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行變化，如幅度、改變頻率等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的調(diào)整。3. 變換：在操作界面下對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行Fourier等變換。4. 濾波：濾除語音信號(hào)中的噪音部分。（三） 處理后的語音信號(hào)的效果顯示預(yù)期目標(biāo)：利用windows下的錄音設(shè)備，錄制一段自己的聲音，時(shí)間在5-10秒內(nèi)，然后在Matlab軟件平臺(tái)下，對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理與仿真，針對(duì)現(xiàn)在大部分語音處理軟件內(nèi)容繁多、操作不便等問題，采用Matlab7.0綜合運(yùn)用GUI界面設(shè)計(jì)、各種函數(shù)調(diào)用等來實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的變頻、變幅、傅里葉變換及濾波。分析報(bào)告: 本文的特色在于它將語音信號(hào)看作一個(gè)向量，于是就把語音數(shù)字化了。那么，就可以完全利用數(shù)字信號(hào)處理的知識(shí)來解決語音及加噪處理問題。我們可以像給一般信號(hào)做頻譜分析一樣，來對(duì)語音信號(hào)做頻譜分析，也可以較容易的用數(shù)字濾波器來對(duì)語音進(jìn)行濾波處理。此設(shè)計(jì)的操作界面簡練，在進(jìn)行語音信號(hào)處理的操作界面中，菜單按鍵明了，每個(gè)功能只對(duì)應(yīng)一個(gè)按鍵，省去了大型軟件的操作復(fù)雜步驟；處理速度較快，整個(gè)操作步驟存在多個(gè)分步驟，并且每個(gè)步驟聯(lián)系不是很緊密，所以每個(gè)步驟運(yùn)行速度會(huì)很快；占用內(nèi)存空間比較小，整個(gè)程序僅占用數(shù)十kb的物理空間，省去了軟件的安裝麻煩，代表了語音信號(hào)處理的重大突破。擬定的方案：本文是用MATLAB對(duì)含噪的語音信號(hào)同時(shí)在時(shí)域與頻域進(jìn)行濾波處理與分析，在MATLAB應(yīng)用軟件下設(shè)計(jì)一個(gè)簡單易用的圖形用戶界面（GUI），來解決一般應(yīng)用條件下的各種語音信號(hào)的處理。其整個(gè)信號(hào)分析與處理系統(tǒng)的初步流程圖如下圖1所示。信號(hào)的采集信號(hào)的提取信號(hào)的調(diào)整信號(hào)的變換頻率調(diào)整幅度調(diào)整信號(hào)的濾波效果的顯示圖1語音信號(hào)處理系統(tǒng)工作流程圖1語音信號(hào)的采集：使用電腦的聲卡設(shè)備采集一段語音信號(hào)，并保存在電腦上。2語音信號(hào)的提?。和ㄟ^圖形用戶界面上的菜單功能按鍵采集電腦設(shè)備上的一段音頻信號(hào)，完成音頻率號(hào)的頻率、幅度等信息的提取，并得到該語音信號(hào)的波形圖。3語音信號(hào)的調(diào)整：語音信號(hào)的調(diào)整主要包括了語音信號(hào)的幅度調(diào)整和頻率調(diào)整，在設(shè)計(jì)的操作界面下對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行變化，如幅度、改變頻率等操作，實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的調(diào)整。其中信號(hào)調(diào)整包括信號(hào)的幅度和頻率的任意倍數(shù)變化。如下圖2所示。.信號(hào)的調(diào)整幅度的調(diào)整頻率的調(diào)整 圖2 信號(hào)的調(diào)整圖（1）語音信號(hào)的時(shí)域FFT分析 語音信號(hào)是一種非平穩(wěn)的時(shí)變信號(hào)，它攜帶著各種信息。在語音編碼、語音合成、語音識(shí)別與語音增強(qiáng)等語音處理中無一例外需要提取語音中包含的各種信息，語音信號(hào)分析的目的就在于方便有效地提取并表示語音信號(hào)所攜帶的信息，語音信號(hào)分析可分為時(shí)域與變換域等處理方法，其中時(shí)域分析是最簡單的方法，直接對(duì)語音信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行分析，提取的特征參數(shù)主要有語音的短時(shí)能量，短時(shí)平均過零率，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)等。FFT即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。在MATLAB的信號(hào)處理工具箱中數(shù)FFT和IFFT用于快速傅立葉變換和逆變換。函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換，其調(diào)用格式為y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT且和x相同長度；若x為一矩陣，則y是對(duì)矩陣的每一列向量進(jìn)行FFT。如果x長度是2的冪次方，函數(shù)fft執(zhí)行高速基2FFT算法，否則fft執(zhí)行一種混合基的離散立葉變換算法，計(jì)算速度較慢。函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,N)x，y意義同前，N正整數(shù)。函數(shù)執(zhí)行N點(diǎn)的FFT，若x為向量且長度小于N，則函數(shù)將x補(bǔ)零至長度N；若量x的長度大于N，則函數(shù)截短x使之長度為N；若x 為矩陣，按相同方法對(duì)x進(jìn)行處理。（2）語音信號(hào)的頻域分析 信號(hào)的傅里葉表示在信號(hào)的分析與處理中起著重要的作用，因?yàn)閷?duì)于線性系統(tǒng)來說，可以很方便的確定其對(duì)正弦或復(fù)指數(shù)的影響，所以傅里葉分析方法能完善的解決語音信號(hào)分析與處理的很多問題，另外，傅里葉表示使信號(hào)的某些特性變得更明顯，因此它能更深入的說明信號(hào)的各種紅物理現(xiàn)象。 由于語音信號(hào)是隨著時(shí)間變化的，通常認(rèn)為語音是一個(gè)受準(zhǔn)周期脈沖或隨機(jī)噪聲源激勵(lì)的線性系統(tǒng)的輸出，輸出頻譜是聲道系統(tǒng)頻率響應(yīng)與激勵(lì)源頻譜的乘積。聲道系統(tǒng)地頻率響應(yīng)及激勵(lì)源都是隨時(shí)間變化的，因此一般標(biāo)準(zhǔn)的傅里葉表示雖然適用于周期及平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的表示，但不能直接用于語音信號(hào)，由于語音信號(hào)可以認(rèn)為在短時(shí)間內(nèi)近似不變，因此可以采用短時(shí)分析法。4.語音信號(hào)的變換：在用戶圖形界面下對(duì)采集的語音信號(hào)進(jìn)行傅里葉等變換，并畫出變換前后的頻譜圖和變換后的倒譜圖。5.語音信號(hào)的濾波：濾除語音信號(hào)的中的噪音部分，可采用低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波，并比較各種濾波后的效果。信號(hào)的濾波采用了四種濾波方式，來觀察各種濾波性能的優(yōu)缺點(diǎn)。如圖3所示。信號(hào)濾波低通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器高通濾波器圖3 語音信號(hào)濾波的方式6.語音信號(hào)的效果顯示：通過用戶圖形界面的輸出功能，將處理后的信號(hào)的語音進(jìn)行播放，試聽處理后的效果。撰寫提綱及實(shí)施計(jì)劃：1.緒論1.1 :選題背景及意義1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3 本文的主要內(nèi)容1.3.1 研究內(nèi)容1.3.2 運(yùn)行環(huán)境1.3.3 開發(fā)環(huán)境2.語音信號(hào)處理的理論方案驗(yàn)證2.1語音信號(hào)處理的基本理論知識(shí)2.1.1語音信號(hào)采樣頻率與采樣位數(shù)的選擇2.1.2語音信號(hào)的合成2.1.3時(shí)域信號(hào)的FFT分析2.1.4數(shù)字濾波器的比較2.2語音信號(hào)采集知識(shí) 2.3語音信號(hào)處理知識(shí)3語音信號(hào)的處理實(shí)例分析 3.1 語音信號(hào)的錄入3.2 語音信號(hào)的提取3.3 語音信號(hào)的時(shí)域與頻譜圖3.4 語音信號(hào)的“污染”3.5 IIR語音濾波器的設(shè)計(jì)與濾波3.6 FIR語音濾波器的設(shè)計(jì)與濾波3.7 語音信號(hào)的傅里葉變換3.8語音信號(hào)的濾波3.9 語音信號(hào)的輸出4總結(jié)5參考文獻(xiàn)實(shí)施計(jì)劃：2014年05月13下達(dá)和確定任務(wù)2014年05月14閱讀參考文獻(xiàn)和資料2014年05月15安裝相關(guān)軟件Matlab2014年05月15掌握軟件用法并構(gòu)思2014年05月16提出設(shè)計(jì)方案與思路2014年05月18語音信號(hào)的提取與調(diào)整2014年05月20信號(hào)的變換與濾波2014年05月25整理操作結(jié)果及資料2014年05月30完成設(shè)計(jì)報(bào)告參考文獻(xiàn)：1 陳佩青. 數(shù)字信號(hào)處理教程M. 北京：清華大學(xué)出版社，2002.7.2 劉敏，