燕山大學數(shù)字信號處理儀表一班1組三級項目報告

1、信號處理原理及應用三級項目報告書項目名稱：基于matlab的語音信號處理 班 級: 儀表一班二組指導教師: 謝平日 期: 2015/4/14摘要語音信號處理是研究用數(shù)字信號處理技術和語音學知識對語音信號進行處理的新興的學科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學研究領域的核心技術之一。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。本文通過我們學習的知識利用MATLAB對語音信號進行重新采樣分析，（增加或降低采樣頻率），比較重新采樣前后聲音的變化，此外結合課內(nèi)課外知識進行程序的編寫實現(xiàn)特定的語音信號的轉變，完成變聲器的設計工作。關鍵字： 音頻信號 變采樣 變聲器目錄摘要.2一 課題名

2、稱.4.語音信號重新變采樣.4.2變聲器的設計.4二音頻信號處理的研究背景及意義.4三利用MATLAB對語音信號重新采樣分析.43.1時域采樣定理.43.2語音信號重新采樣分析.53.3采樣定理分析.7四變聲器的設計104.1語音參數(shù)分析.104.2變聲器原理.114.3設計方案及實現(xiàn)11五項目總結.17六參考文獻一、課題名稱1.1語音信號重新變采樣1.2變聲器的設計二、音頻信號處理的研究背景及意義音頻信號處理是一項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。語音信號處理是研究用數(shù)字信號處理技術和語音學知識對語音信號進行處理的新興的學科，是目前發(fā)展最為迅速的信息科學研究領域的核心技術之一。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，語言也是人與機器之間進行通信的重要工具，它是一種理想的人機通信方式，因而可為信息處理系統(tǒng)建立良好的人機交互環(huán)境，進一步推動計算機和其他智能機器的應用，提高社會的信息化程度。雖然從事這一領域研究的人員主要來自信號與信息處理及計算機應用等學科，但是它與語音學、語言學、聲學、認知科學、生理學、心理學等許多學科也有非常密切的聯(lián)系。三、MATLAB對語音信號采樣分析

4、3.1時域采樣定理對連續(xù)信號進行等間隔采樣形成采樣信號，采樣信號的頻譜是原連續(xù)信號的頻譜以采樣頻率為周期進行周期性的延拓形成的。 如果采樣頻率大于連續(xù)信號最高頻率的2倍那么采樣信號 可以唯一的恢復出原連續(xù)信號，否則會造成采樣信號中的頻譜混疊現(xiàn)象，不可能無失真地恢復原連續(xù)信號。3.2語音信號重新采樣分析給定一段音頻信號，已知信號默認的采樣頻率是22050HZ下面用程序里的給出y,fs=wavread('C:UsersAdministratorDes.wav');下圖分別是默認采樣頻率的二分之一，和四分之一采樣下圖是以默認采樣頻率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('原始信號波形(采樣頻率)');xlabel('時間');ylabel('幅度');subplot(3,2,2)Y=fft(y);plot(abs(Y);title('原始信號頻譜(采樣頻率)');xlabel('時間');ylabel('度');y2=resample(y,2,1);sound(y2,fs/2)pause(1) sub

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

7、bel('時間');ylabel('幅度');subplot(3,2,6)Y3=fft(y3);plot(abs(Y3)title('原始信號頻譜(采樣頻率)');xlabel('時間');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)信號最高頻率的2倍，才可以唯一的恢復出原連續(xù)信號。四、變聲器的設計4.1語音參數(shù)分析人們講話時發(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，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，聲帶振動為濁音，聲帶不振動為輔音 共振峰、基音頻率、聲調(diào)、聲速的關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參數(shù)，進而改變聲音的音調(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立變化4.3設計方案及實現(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; %低通濾波器的設計fp1=1200;fs1=1500; %設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); %計算低通濾波器階數(shù)和通帶邊界頻率B,A=ellip(N1,rp,as,wp1); %計算低通濾波器系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)y1=filt

10、er(B,A,x1); %濾波器軟件實現(xiàn)Y1=abs(fft(y1); %低通濾波器設計與輸出figure(2);subplot(2,1,1);t=n*T;plot(t,y1);title('濾波后的音頻信號');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');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');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。改變信號的基頻可以實現(xiàn)語音的變調(diào)。通過改變輸出頻率，可以實現(xiàn)聲音的提速或減速播放。4.3.2 重采樣，時間規(guī)整法d=resample(x,p,q)重采樣（改變樣

13、本數(shù)量） 基頻 共振峰頻消除關聯(lián)性：時間規(guī)整，通過重疊疊加算法恢復原來數(shù)目，以原來采樣頻率播放，即不變聲速基頻移動(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')subplot(2,2,2);plot(fx,abs(X1);title('輸入的信號（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');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、項目總結通過本次三級項目的研究，我們對我們要研究的課題基本得到了實現(xiàn)，首先對語音信號的變采樣，通過錄取的語音進行變采樣分析，聲音發(fā)生了不同變化，然后通過語音信號的處理我們實現(xiàn)了變聲的設計工作，因為在討論課期間已經(jīng)完成了男生變老人與男生變小孩的工作，所以三級項目中我們主要進行的是男生變女生的任務。 六參考文獻1.中國科技論文在線 基于語音基頻的性別識別方法及其改進 張超瓊 2.李昌立

18、，吳善培編著. 數(shù)字語音語音編碼實用教程.人民郵電出版社，20043.蔡蓮紅，黃德智，蔡銳現(xiàn)代語音技術基礎與應用M清華大學出版社，20034.張桂香，高愛國.語音信號采集和處理方法的研究J. 高師理科學刊2007.35.趙立編著 語音信號處理 機械工業(yè)出版社，20036.無名氏，魯東大學畢業(yè)設計，基于matlab語音信號處理7.周小軍 ，長安大學課程設計報告，數(shù)字信號綜合設計8.matlab論壇三級項目心得體會 通過此次討論課以及三級項目的實現(xiàn)，使我對數(shù)字信號處理有了更深的認識，我們的課題主要是對語音信號的處理，通過MATLAB軟件我們很好的進行了理論與實踐的結合，這使我不僅加深了課本知識的了

19、解而且對matlab有了跟多的鍛煉機會對于我們的課題而言，在進行本次課題的過程中，我們小組成員都有明確的分工，每個人都很積極、努力，各盡其責，對課程的成功實現(xiàn)做出了很大的貢獻。這次課題的進行過程中，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會接觸這樣的課題研究，可以進一步鍛煉自己。最后感謝謝老師，學長以及同學的幫助，任何一個工作的完成都離不開集體的努力，有同學老師的幫助，使得問題能夠順利解決，我以后會更加努力地去做每一項工作。對于本次的三級項目，自己認為做的不算好，付出了大量時間，但是最終還是沒能弄懂程序，相比于圖像處理課程的三級項目，程序能自己

20、編寫運行，且能達到處理要求，但是這次，程序這一塊沒能整明白，一部分原因是因為語音信號處理這是一門課程，當你要弄懂程序時，首先就得對語音信號的教材熟悉，它的處理又很復雜，各種模型，這樣就占據(jù)了我一半時間，其次自己對于matlab還是不太熟練，原以為學的很好，但是遇到參量多，函數(shù)多時就看不懂了，所以以后還得多熟練運用matlab，提高自己自學能力。通過本次的三級項目設計，讓我在除了對課本知識加深理解之外，對MATLAB軟件以及變聲器的工作原理有了更好的更深刻的理解。在開始設計之前我查閱了大量資料，但是當我們真正設計時卻遇到了很多的問題，給我們的設計帶來了難度，但同時也是一次大的挑戰(zhàn)，最終，在同學的

21、幫助下，克服了種種困難，順利的完成了本次計算機通信的課程設計。  這次課程設計使我懂得了理論與實際結合的必要性，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從實踐中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考能力。 設計過程中，同學之間的互幫互助的相當重要的，大家共同參與討論，這樣可以很快解決設計過程的遇到的各種各樣的問題 通過這次的三級項目，不僅對數(shù)字信號處理這門課程有更深入的掌握，還學到其他方面的知識，擺脫枯燥的理論學習，從中體會到這門課程的樂趣，同時也增強鍛煉動手、實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立思考和解決問題的能力，使我懂得了只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正提高自己對理論知識的熟練掌握和運用。在三級項目實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，對以前學過的知識理解的不夠深刻，也掌握的不過牢固。通過做這次項目的軟件操作，對MATLAB有了深入的了解，但是在做設計的過程中才知道那些遠遠不夠，所以又花了很多時間去找那些函數(shù)怎么用，但有許多細節(jié)如一些語句等，由于時間關系還是不太