燕山大學(xué)數(shù)字信號(hào)處理儀表一班1組三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告

1、信號(hào)處理原理及應(yīng)用三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告書項(xiàng)目名稱：基于matlab的語音信號(hào)處理 班 級(jí): 儀表一班二組指導(dǎo)教師: 謝平日 期: 2015/4/14摘要語音信號(hào)處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和語音學(xué)知識(shí)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理的新興的學(xué)科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。通過語音傳遞信息是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息形式。本文通過我們學(xué)習(xí)的知識(shí)利用MATLAB對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行重新采樣分析，（增加或降低采樣頻率），比較重新采樣前后聲音的變化，此外結(jié)合課內(nèi)課外知識(shí)進(jìn)行程序的編寫實(shí)現(xiàn)特定的語音信號(hào)的轉(zhuǎn)變，完成變聲器的設(shè)計(jì)工作。關(guān)鍵字： 音頻信號(hào) 變采樣 變聲器目錄摘要.2一 課題名

2、稱.4.語音信號(hào)重新變采樣.4.2變聲器的設(shè)計(jì).4二音頻信號(hào)處理的研究背景及意義.4三利用MATLAB對(duì)語音信號(hào)重新采樣分析.43.1時(shí)域采樣定理.43.2語音信號(hào)重新采樣分析.53.3采樣定理分析.7四變聲器的設(shè)計(jì)104.1語音參數(shù)分析.104.2變聲器原理.114.3設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)11五項(xiàng)目總結(jié).17六參考文獻(xiàn)一、課題名稱1.1語音信號(hào)重新變采樣1.2變聲器的設(shè)計(jì)二、音頻信號(hào)處理的研究背景及意義音頻信號(hào)處理是一項(xiàng)歷史悠久研究廣泛的課題，語音是人類獲取信息的重要來源和利用信息的重要手段。通過語音相互傳遞信息是人類最重要的基本功能之一，語言是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年人類文明史的根本

3、手段，沒有語言就沒有今天的人類文明。語音信號(hào)處理是研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和語音學(xué)知識(shí)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行處理的新興的學(xué)科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學(xué)研究領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。通過語音傳遞信息是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息形式。同時(shí)，語言也是人與機(jī)器之間進(jìn)行通信的重要工具，它是一種理想的人機(jī)通信方式，因而可為信息處理系統(tǒng)建立良好的人機(jī)交互環(huán)境，進(jìn)一步推動(dòng)計(jì)算機(jī)和其他智能機(jī)器的應(yīng)用，提高社會(huì)的信息化程度。雖然從事這一領(lǐng)域研究的人員主要來自信號(hào)與信息處理及計(jì)算機(jī)應(yīng)用等學(xué)科，但是它與語音學(xué)、語言學(xué)、聲學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)等許多學(xué)科也有非常密切的聯(lián)系。三、MATLAB對(duì)語音信號(hào)采樣分析

4、3.1時(shí)域采樣定理對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行等間隔采樣形成采樣信號(hào)，采樣信號(hào)的頻譜是原連續(xù)信號(hào)的頻譜以采樣頻率為周期進(jìn)行周期性的延拓形成的。 如果采樣頻率大于連續(xù)信號(hào)最高頻率的2倍那么采樣信號(hào) 可以唯一的恢復(fù)出原連續(xù)信號(hào)，否則會(huì)造成采樣信號(hào)中的頻譜混疊現(xiàn)象，不可能無失真地恢復(fù)原連續(xù)信號(hào)。3.2語音信號(hào)重新采樣分析給定一段音頻信號(hào)，已知信號(hào)默認(rèn)的采樣頻率是22050HZ下面用程序里的給出y,fs=wavread('C:UsersAdministratorDes.wav');下圖分別是默認(rèn)采樣頻率的二分之一，和四分之一采樣下圖是以默認(rèn)采樣頻率2倍和4倍的采樣。y,fs=wavread('

5、;C:UsersAdministratorDes.wav');sound(y,fs)pause(1)subplot(3,2,1);plot(y);title('原始信號(hào)波形(采樣頻率)');xlabel('時(shí)間');ylabel('幅度');subplot(3,2,2)Y=fft(y);plot(abs(Y);title('原始信號(hào)頻譜(采樣頻率)');xlabel('時(shí)間');ylabel('度');y2=resample(y,2,1);sound(y2,fs/2)pause(1) sub

6、plot(3,2,3)；plot(y2);title('原始信號(hào)波形(采樣頻率)');xlabel('時(shí)間');ylabel('幅度');subplot(3,2,4)Y2=fft(y2);plot(abs(Y2)title('原始信號(hào)頻譜(采樣頻率)');xlabel('時(shí)間');ylabel('幅度');y3=resample(y,4,1);sound(y3,fs/4);pause(1)subplot(3,2,5);plot(y3)title('原始信號(hào)波形(采樣頻率)');xla

7、bel('時(shí)間');ylabel('幅度');subplot(3,2,6)Y3=fft(y3);plot(abs(Y3)title('原始信號(hào)頻譜(采樣頻率)');xlabel('時(shí)間');ylabel('幅度');3.3采樣定理分析 3.3.1欠采樣 3.3.2臨界采樣3.3.3過采樣結(jié)論分析：我們可以看出只有過采樣既采樣頻率大于連續(xù)信號(hào)最高頻率的2倍，才可以唯一的恢復(fù)出原連續(xù)信號(hào)。四、變聲器的設(shè)計(jì)4.1語音參數(shù)分析人們講話時(shí)發(fā)出的聲音叫語音，音素是語音發(fā)音的最小單位。任何語言都有語音的元音（Vowel）和輔音（

8、Consonant）兩種音素元音：聲帶振動(dòng)，聲道完全開放，氣流順利通過 輔音：呼出的氣流，聲道受阻，克服受阻發(fā)聲，聲帶振動(dòng)為濁音，聲帶不振動(dòng)為輔音 共振峰、基音頻率、聲調(diào)、聲速的關(guān)系基音周期與共振峰頻率在寬帶語譜圖中的體現(xiàn)4.2變聲器原理變聲器就是通過改變輸入語音的基頻與共振峰頻率兩個(gè)參數(shù)，進(jìn)而改變聲音的音調(diào)，音速，使輸出聲音在感官上與原聲音不同。注意：在變聲過程中，基頻與共振峰頻率必須是獨(dú)立變化4.3設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)綜合書本，網(wǎng)上例程，論文，共有三種語音處理方案只改變速率或?qū)㈩l譜壓縮，基于重采樣，時(shí)間規(guī)整原來數(shù)目，以原采樣頻率播放， 即不變聲速精確測量基頻與共振頻，分別加以改變，變調(diào)且變速4.

9、3.1方案一流程圖程序?qū)崿F(xiàn)x1,fs=wavread('搶地主男.wav');%讀聲音文件N=length(x);n=0:N-1;X=fft(x); %讀入音頻傅里葉變換Fs=1*fs;T=1/Fs;f=n/N*Fs; %低通濾波器的設(shè)計(jì)fp1=1200;fs1=1500; %設(shè)定低通濾波器通帶截止頻率和阻帶截止頻率wp1=2*fp1/Fs;ws1=2*fs1/Fs;rp=1;as=100;N1,wp1=ellipord(wp1,ws1,rp,as); %計(jì)算低通濾波器階數(shù)和通帶邊界頻率B,A=ellip(N1,rp,as,wp1); %計(jì)算低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)y1=filt

10、er(B,A,x1); %濾波器軟件實(shí)現(xiàn)Y1=abs(fft(y1); %低通濾波器設(shè)計(jì)與輸出figure(2);subplot(2,1,1);t=n*T;plot(t,y1);title('濾波后的音頻信號(hào)');xlabel('X');ylabel('Y');subplot(2,1,2);plot(f,abs(fft(y1);title('濾波后的幅度譜');xlabel('X');ylabel('Y');%sound(y1,fs);x1,fs=wavread('搶地主男.wav'

11、);%變速處理sound(x1,fs);sound(x1,1.2*fs); %1.2倍語速播放sound(x1,0.8*fs); %0.8倍語速播放%變音調(diào)處理X=fft(x1);X,f,n=myfunction(x1,fs);subplot(2,2,1);plot(n,x1); title('原音頻信號(hào)');subplot(2,2,2);plot(f,abs(X);title('原音頻(男聲)幅度譜')xaa=X'N=1000;pa=zeros(1,N),xaa(1:10351),zeros(1,N);pu=pa'x1=3*real(ifft(

12、pu);X1,fx,n=myfunction(x1,fs);subplot(2,2,3);plot(n,x1);title('處理后的信號(hào)');subplot(2,2,4);plot(fx,abs(pu);title('處理后音頻幅度譜');pause(2)sound(x1,fs); 語音頻譜分析男子話音的基頻較低，女子的話音基頻較高。信號(hào)經(jīng)過濾波器處理后，保留了有效的頻率成分，一定程度上去除了干擾信號(hào)。改變信號(hào)的基頻可以實(shí)現(xiàn)語音的變調(diào)。通過改變輸出頻率，可以實(shí)現(xiàn)聲音的提速或減速播放。4.3.2 重采樣，時(shí)間規(guī)整法d=resample(x,p,q)重采樣（改變樣

13、本數(shù)量） 基頻 共振峰頻消除關(guān)聯(lián)性：時(shí)間規(guī)整，通過重疊疊加算法恢復(fù)原來數(shù)目，以原來采樣頻率播放，即不變聲速基頻移動(dòng)(有偏移) 程序代碼： x,ffs=wavread('叫地主.wav');sound(x,ffs)d=resample(x,3,2); W=400;Wov=W/2;Kmax=W*2;Wsim=Wov;xdecim=8;kdecim=2;X=d'F=1.5;Ss =W-Wov;xpts = size(X,2);ypts = round(xpts / F);Y = zeros(1, ypts);xfwin = (1:Wov)/(Wov+1);ovix = (1-

14、Wov):0;newix = 1:(W-Wov);simix = (1:xdecim:Wsim) - Wsim;padX = zeros(1, Wsim), X, zeros(1,Kmax+W-Wov);Y(1:Wsim) = X(1:Wsim);xabs = 0;lastxpos = 0;km = 0;for ypos = Wsim:Ss:(ypts-W); xpos = F * ypos; kmpred = km + (xpos - lastxpos); lastxpos = xpos; if (kmpred <= Kmax) km = kmpred; else ysim = Y(y

15、pos + simix); rxy = zeros(1, Kmax+1); rxx = zeros(1, Kmax+1); Kmin = 0; for k = Kmin:kdecim:Kmax xsim = padX(Wsim + xpos + k + simix); rxx(k+1) = norm(xsim); rxy(k+1) = (ysim * xsim'); end Rxy = (rxx = 0).*rxy./(rxx+(rxx=0); km = min(find(Rxy = max(Rxy)-1); end xabs = xpos+km; Y(ypos+ovix) = (1-

16、xfwin).*Y(ypos+ovix) + (xfwin.*padX(Wsim+xabs+ovix); Y(ypos+newix) = padX(Wsim+xabs+newix);pause(3)sound(Y,ffs)X1,fx,n=myfunction(x,fs);subplot(2,2,1);plot(n,x);title('輸入的信號(hào)')subplot(2,2,2);plot(fx,abs(X1);title('輸入的信號(hào)（女聲）幅度譜')Y1,yx,n=myfunction(Y,ffs);subplot(2,2,3);plot(n,Y);title(

17、'處理后的信號(hào)');subplot(2,2,4);plot(fx,abs(Y1);title('處理后音頻幅度譜');4.3.3方案三 精確處理法流程圖效果展示五、項(xiàng)目總結(jié)通過本次三級(jí)項(xiàng)目的研究，我們對(duì)我們要研究的課題基本得到了實(shí)現(xiàn)，首先對(duì)語音信號(hào)的變采樣，通過錄取的語音進(jìn)行變采樣分析，聲音發(fā)生了不同變化，然后通過語音信號(hào)的處理我們實(shí)現(xiàn)了變聲的設(shè)計(jì)工作，因?yàn)樵谟懻撜n期間已經(jīng)完成了男生變老人與男生變小孩的工作，所以三級(jí)項(xiàng)目中我們主要進(jìn)行的是男生變女生的任務(wù)。 六參考文獻(xiàn)1.中國科技論文在線 基于語音基頻的性別識(shí)別方法及其改進(jìn) 張超瓊 2.李昌立

18、，吳善培編著. 數(shù)字語音語音編碼實(shí)用教程.人民郵電出版社，20043.蔡蓮紅，黃德智，蔡銳現(xiàn)代語音技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用M清華大學(xué)出版社，20034.張桂香，高愛國.語音信號(hào)采集和處理方法的研究J. 高師理科學(xué)刊2007.35.趙立編著 語音信號(hào)處理 機(jī)械工業(yè)出版社，20036.無名氏，魯東大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)，基于matlab語音信號(hào)處理7.周小軍 ，長安大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告，數(shù)字信號(hào)綜合設(shè)計(jì)8.matlab論壇三級(jí)項(xiàng)目心得體會(huì) 通過此次討論課以及三級(jí)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，使我對(duì)數(shù)字信號(hào)處理有了更深的認(rèn)識(shí)，我們的課題主要是對(duì)語音信號(hào)的處理，通過MATLAB軟件我們很好的進(jìn)行了理論與實(shí)踐的結(jié)合，這使我不僅加深了課本知識(shí)的了

19、解而且對(duì)matlab有了跟多的鍛煉機(jī)會(huì)對(duì)于我們的課題而言，在進(jìn)行本次課題的過程中，我們小組成員都有明確的分工，每個(gè)人都很積極、努力，各盡其責(zé)，對(duì)課程的成功實(shí)現(xiàn)做出了很大的貢獻(xiàn)。這次課題的進(jìn)行過程中，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多不足的地方，例如一些程序的編譯，PPT的制作水品等，我希望以后有更多的機(jī)會(huì)接觸這樣的課題研究，可以進(jìn)一步鍛煉自己。最后感謝謝老師，學(xué)長以及同學(xué)的幫助，任何一個(gè)工作的完成都離不開集體的努力，有同學(xué)老師的幫助，使得問題能夠順利解決，我以后會(huì)更加努力地去做每一項(xiàng)工作。對(duì)于本次的三級(jí)項(xiàng)目，自己認(rèn)為做的不算好，付出了大量時(shí)間，但是最終還是沒能弄懂程序，相比于圖像處理課程的三級(jí)項(xiàng)目，程序能自己

20、編寫運(yùn)行，且能達(dá)到處理要求，但是這次，程序這一塊沒能整明白，一部分原因是因?yàn)檎Z音信號(hào)處理這是一門課程，當(dāng)你要弄懂程序時(shí)，首先就得對(duì)語音信號(hào)的教材熟悉，它的處理又很復(fù)雜，各種模型，這樣就占據(jù)了我一半時(shí)間，其次自己對(duì)于matlab還是不太熟練，原以為學(xué)的很好，但是遇到參量多，函數(shù)多時(shí)就看不懂了，所以以后還得多熟練運(yùn)用matlab，提高自己自學(xué)能力。通過本次的三級(jí)項(xiàng)目設(shè)計(jì)，讓我在除了對(duì)課本知識(shí)加深理解之外，對(duì)MATLAB軟件以及變聲器的工作原理有了更好的更深刻的理解。在開始設(shè)計(jì)之前我查閱了大量資料，但是當(dāng)我們真正設(shè)計(jì)時(shí)卻遇到了很多的問題，給我們的設(shè)計(jì)帶來了難度，但同時(shí)也是一次大的挑戰(zhàn)，最終，在同學(xué)的

21、幫助下，克服了種種困難，順利的完成了本次計(jì)算機(jī)通信的課程設(shè)計(jì)。  這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際結(jié)合的必要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考能力。 設(shè)計(jì)過程中，同學(xué)之間的互幫互助的相當(dāng)重要的，大家共同參與討論，這樣可以很快解決設(shè)計(jì)過程的遇到的各種各樣的問題 通過這次的三級(jí)項(xiàng)目，不僅對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這門課程有更深入的掌握，還學(xué)到其他方面的知識(shí)，擺脫枯燥的理論學(xué)習(xí)，從中體會(huì)到這門課程的樂趣，同時(shí)也增強(qiáng)鍛煉動(dòng)手、實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立思考和解決問題的能力，使我懂得了只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正提高自己對(duì)理論知識(shí)的熟練掌握和運(yùn)用。在三級(jí)項(xiàng)目實(shí)踐過程中也遇到了很多問題，才發(fā)現(xiàn)原來自己有如此多的不足之處，對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)理解的不夠深刻，也掌握的不過牢固。通過做這次項(xiàng)目的軟件操作，對(duì)MATLAB有了深入的了解，但是在做設(shè)計(jì)的過程中才知道那些遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以又花了很多時(shí)間去找那些函數(shù)怎么用，但有許多細(xì)節(jié)如一些語句等，由于時(shí)間關(guān)系還是不太