第一篇：實(shí)驗(yàn)二語音信號分析與處理2010

實(shí)驗(yàn)一語音信號分析與處理

學(xué)號姓名注：1）此次實(shí)驗(yàn)作為《數(shù)字信號處理》課程實(shí)驗(yàn)成績的重要依據(jù)，請同學(xué)們認(rèn)真、獨(dú)立完成，不得抄襲。

2）請?jiān)谑谡n教師規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成；

3）完成作業(yè)后，請以word格式保存，文件名為：學(xué)號+姓名

4）請通讀全文，依據(jù)第2及第3 兩部分內(nèi)容，認(rèn)真填寫第4部分所需的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并給出程序內(nèi)容。

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)學(xué)會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設(shè)計(jì)方法

(2)掌握在windows環(huán)境下語音信號采集的方法

(3)掌握MATLAB設(shè)計(jì)FIR和IIR濾波器的方法及應(yīng)用

(4)學(xué)會用MATLAB對語音信號的分析與處理方法

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

錄制一段自己的語音信號，對錄制的語音信號進(jìn)行采樣，畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖，確定語音信號的頻帶范圍；使用MATLAB產(chǎn)生白噪聲信號模擬語音信號在處理過程中的加性噪聲并與語音信號進(jìn)行疊加，畫出受污染語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；采用雙線性法設(shè)計(jì)出IIR濾波器和窗函數(shù)法設(shè)計(jì)出FIR濾波器，畫出濾波器的頻響特性圖；用自己設(shè)計(jì)的這兩種濾波器分別對受污染的語音信號進(jìn)行濾波，畫出濾波后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖；對濾波前后的語音信號進(jìn)行時(shí)域波形和頻譜圖的對比，分析信號的變化；回放語音信號，感覺與原始語音的不同。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

1）語音信號的采集與回放

利用windous下的錄音機(jī)或其他軟件錄制一段自己的語音（規(guī)定：語音內(nèi)容為自己的名字，以wav格式保存，如wql.wav），時(shí)間控制再2秒之內(nèi)，利用MATLAB提供的函數(shù)wavread對語音信號進(jìn)行采樣，提供sound函數(shù)對語音信號進(jìn)行回放。

[y,fs,nbits]=wavread(file),采樣值放在向量y中，fs表示采樣頻率nbits表示采樣位數(shù)。Wavread的更多用法請使用help命令自行查詢。

2）語音信號的頻譜分析

利用fft函數(shù)對信號進(jìn)行頻譜分析

3）受白噪聲干擾的語音信號的產(chǎn)生與頻譜分析

①白噪聲的產(chǎn)生：

N1=sqrt（方差值）×randn(語音數(shù)據(jù)長度，2)（其中2表示2列，是由于雙聲道的原因）然后根據(jù)語音信號的頻譜范圍讓白噪聲信號通過一個(gè)帶通濾波器得到一個(gè)帶限的白噪聲信號N2；

帶通濾波器的沖激響應(yīng)為：

hB（n）=?c2

?sinc(?c2

?(n??))??c1

?sinc(?c1

?(n??))其中ωc1為通帶濾波器的下截止頻率，ωc2為通帶濾波器的上截止頻率。其中下截止頻率由每個(gè)人的語音信號的最高頻率確定 濾波器的長度N由濾波器的過渡帶確定，一般不宜太小（大于1000），α=（N-1）/2； ②信號y通過低通濾波器，得到信號為x1

低通濾波器的沖激響應(yīng)為：

hL(n)??c1?sinc(?c1

?(n??))其中的ωc1與上面的帶通濾波器的下截止頻率一致，濾波器的長度N也于上面的帶通濾波器一致，α=（N-1）/2

③將N1加上x1得到一個(gè)受到噪聲污染的聲音信號

4）據(jù)語音信號的頻帶情況，設(shè)計(jì)FIR和IIR兩種濾波器

5）用濾波器對受污染語音信號進(jìn)行濾波

FIR濾波器fftfilt函數(shù)對信號進(jìn)行濾波，IIR濾波器用filter函數(shù)對信號進(jìn)行濾波

6）比較濾波前后信號的波形與頻譜

7）回放濾波后的語音信號

4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

1）原始語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖及語音信號的頻帶范圍

2）帶限白噪聲信號的時(shí)域波形和幅頻特性

3）受污染語音信號的時(shí)域波形和幅頻譜圖

4）濾波器的頻響特性圖

FIR濾波器的幅頻響特性圖

IIR濾波器的幅頻響特性圖

5）濾波后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖

6）濾波前后的語音信號時(shí)域波形對比圖和幅頻譜對比圖

7）將實(shí)驗(yàn)的資料的電子文檔交給班長（建立一個(gè)文件夾，里面包括：①實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子版；②采集的語音信號電子文件；③受污染的語音信號及濾波后的語音信號存在文件名為“姓名+學(xué)號.mat”文件的文件中）

實(shí)驗(yàn)程序：

1）實(shí)驗(yàn)主程序

2）FIR濾波器子程序

3）IIR濾波器子程序

第二篇：語音信號處理與識別

信號系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

歐陽光亮

2012029020025

語音信號處理與識別

目的：理解時(shí)域和頻域尺度變換基本概念，掌握信號時(shí)頻域分析方法，正確理解采樣定理，準(zhǔn)確理解濾波器的概念。內(nèi)容：

（1）使用Matlab中wavrecord命令錄制一段3秒的語音信號，使用wavplay命令播放，錄制命令和播放命令中的采樣頻率設(shè)置成相同和不同兩種情況，對觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行分析并結(jié)合課本中的知識對該現(xiàn)象進(jìn)行解釋；（2）使用不同的采樣頻率錄制一段3秒的語音信號，畫出信號的時(shí)域波形和頻譜；找到語音信號的主要頻譜成分所在的帶寬；觀察并分析不同采樣頻率對波形和頻譜的影響；尋找聲音信號不出現(xiàn)明顯失真的最低采樣頻率；（3）錄制一段男生的語音信號和一段女生的語音信號，對兩段音頻信號進(jìn)行混合，設(shè)計(jì)濾波器將混合的語音信號分開成單獨(dú)的男聲和女聲信號，如果分離效果不好，對原因進(jìn)行解釋。

Matlab命令：wavrecord, wavplay, wavwrite, wavread, save, load, fft, fftshift, filter, plot, subplot, figure.過程:(1)相同：

fs1=16000;

%取樣頻率 fs2=16000;

%播放頻率 duration=5;

%錄音時(shí)間

fprintf('Press any key to start %g seconds of recording...n',duration);

pause;

fprintf('Recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs 是總的采樣點(diǎn)數(shù)

fprintf('Finished recording.n');

fprintf('Press any key to play the recording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'E:matlabrecord3.wav

不同：

fs1=16000;

%取樣頻率 fs2=8000;

%播放頻率 duration=5;

%錄音時(shí)間

fprintf('Press any key to start %g seconds of recording...n',duration);

pause;

fprintf('Recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs 是總的采樣點(diǎn)數(shù)

fprintf('Finished recording.n');

fprintf('Press any key to play the recording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'E:matlabrecord3.wav');現(xiàn)象：第二次播放時(shí)，聲音明顯失真。

理由：采樣頻率和播放頻率不一樣時(shí)聲音信號會失真。（2）

fs1=16000;

%取樣頻率 fs2=16000;

%播放頻率 duration=5;

%錄音時(shí)間

fprintf('Press any key to start %g seconds of recording...n',duration);

pause;

fprintf('Recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs 是總的采樣點(diǎn)數(shù)

fprintf('Finished recording.n');

fprintf('Press any key to play the recording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'E:matlabrecord3.wav');

wav=wavread('E:matlabrecord3.wav');Fs=16000;n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;mag=abs(fft(wav));subplot(2,1,1);plot(wav);subplot(2,1,2);plot(f,mag)

采樣頻率為1600010.5y/幅度0-0.5-101234x/t采樣頻率為16000567x 1084600500400y/幅度***400060008000x/f***16000

fs1=8000;

%取樣頻率 fs2=8000;

%播放頻率 duration=5;

%錄音時(shí)間

fprintf('Press any key to start %g seconds of recording...n',duration);

pause;

fprintf('Recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs 是總的采樣點(diǎn)數(shù)

fprintf('Finished recording.n');

fprintf('Press any key to play the recording...n');

pause;wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'E:matlabrecord3.wav');

wav=wavread('E:matlabrecord3.wav');Fs=8000;n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;mag=abs(fft(wav));subplot(2,1,1);plot(wav);subplot(2,1,2);plot(f,mag)wavplay(wav,8000)

采樣頻率為8000hz1 0.5y/幅度0-0.5-1 00.511.52x/s采樣頻率為8000hz2.533.5x ***0500y/幅度***00x/hz***16000

由圖可知：語音信號的主要頻譜成分所在的帶寬為（0—1200hz），帶寬為1200hz。

當(dāng)采樣頻率較小時(shí)，頻譜圖上顯示帶寬較大，波形較稀松。

最低采樣頻率應(yīng)為，聲音信號的最高頻率的兩倍，由圖可知為2400hz。（3)女聲：

wav1=wavread('E:matlabrecord1.wav');wav2=wavread('E:matlabrecord2.wav');wav=wav1+wav2;fp1=800;fp2=1500;fp=[fp1,fp2];fr1=650;fr2=1900;fr=[fr1,fr2];Fs=16000;ap=1;as=40;[n,fn]= buttord(fp/(Fs/2),fr/(Fs/2),ap,as,'z');[b,a]=butter(n,fn);Y1=filter(b,a,wav);Y=fft(Y1);mag=abs(Y);n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;subplot(3,1,1);mag1=abs(fft(wav));plot(f,mag1)subplot(3,1,2);plot(f,mag);subplot(3,1,3);plot(Y1);wavplay(Y1,16000)

混合400300y/幅度***060008000x/頻率女聲***16000400300y/幅度 2001000 ***00f/hz***160000.20.1y/幅度0-0.1-0.201234x/t567x 1084

男聲：

wav1=wavread('E:matlabrecord1.wav');wav2=wavread('E:matlabrecord2.wav');wav=wav1+wav2;fp1=200;fp2=600;fp=[fp1,fp2];fr1=100;fr2=1000;fr=[fr1,fr2];Fs=16000;ap=3;as=40;[n,fn]= buttord(fp/(Fs/2),fr/(Fs/2),ap,as,'z');[b,a]=butter(n,fn);Y1=filter(b,a,wav);Y=fft(Y1);mag=abs(Y);n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;subplot(3,1,1);mag1=abs(fft(wav));plot(f,mag1)subplot(3,1,2);plot(f,mag);subplot(3,1,3);plot(Y1);wavplay(Y1,16000)

混合頻譜圖200150y/幅度***30004000x/hz男聲頻譜圖***040y/幅度***8000x/hz男聲時(shí)域圖***160000.040.02y/幅度0-0.02-0.0401234x/s567x 1084

分離效果不佳，原因：男女聲頻率有很多重疊的地方。

第三篇：信號處理與分析實(shí)驗(yàn)2.5

N=16;

fs=100;

dt=1/fs;

n=0:N-1;

f1=15;

f2=18;

xn1=sin(2*pi*f1*t)+2*sin(2*pi*f2*t);y=fft(xn1,N);

mag=abs(y);

pha=angle(y);

f=n*fs/N;

subplot(121);

plot(f,mag);

%title('XK');

subplot(122);

plot(f,pha);

%title('K');

第四篇：DSP語音信號處理

摘

要

語音信號處理是研究數(shù)字信號處理技術(shù)和語音信號進(jìn)行處理的一門學(xué)科，是一門新型的學(xué)科，是在多門學(xué)科基礎(chǔ)上發(fā)展起來的綜合性技術(shù)，它涉及到數(shù)字信號處理、模式識別、語言學(xué)。語音信號處理是研究用數(shù)字信號處理技術(shù)對語音信號處理的一門學(xué)科。處理的目的是要得到一些語音參數(shù)以便高效的傳輸或存儲；或者是通過處理的某種運(yùn)算以達(dá)到某種用途的要求。語音信號處理又是一門邊緣學(xué)科。如上所訴，它是“語言語音學(xué)”與“數(shù)字信號處理”兩個(gè)學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。

語音信號處理屬于信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，大規(guī)模集成技術(shù)的高度發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速前進(jìn)，推動了這一技術(shù)的發(fā)展。在數(shù)字音頻技術(shù)和多媒體技術(shù)迅速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因體積大、使用不便、放音不清晰而受到了巨大挑戰(zhàn)。本次課程設(shè)計(jì)提出的體積小巧，功耗低的數(shù)字化語音存儲與回放系統(tǒng)，可以有效的解決傳統(tǒng)的語音錄放系統(tǒng)在電子與信息處理的使用中受到的限制。

本文提出了語音信號處理課程建設(shè)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的一些考慮，作為專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不能僅僅停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上，還應(yīng)增加實(shí)驗(yàn)延伸的設(shè)計(jì)要求，是學(xué)生加深對理論分析認(rèn)識的同時(shí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動手能力和知識綜合運(yùn)用能力。從而提高語音信號的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)，不僅易于語音信號處理的實(shí)現(xiàn)，更易引導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)延伸的設(shè)計(jì)。

第一章 緒論

1.1選題背景

在我們的現(xiàn)實(shí)生活中從磁帶、錄像帶到CD、VCD、DVD；從黑白電視機(jī)、彩色電視機(jī)、高清晰度電視機(jī)到具有數(shù)字信號處理功能的電視機(jī)；從留聲機(jī)、錄音機(jī)到語音信箱；現(xiàn)在正出在模擬信息到數(shù)字信息的變革之中，傳統(tǒng)的磁帶語音錄放系統(tǒng)因其體積大，使用不便，在電子與信息處理的使用中受到許多限制。

雖然，目前廣播電視系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化，相信在不久的將來，真正的數(shù)字電視、數(shù)字收音機(jī)、數(shù)字收錄機(jī)將進(jìn)入家庭。所以，研究音頻信號的數(shù)字化存儲、處理和回放系統(tǒng)有著很重要的現(xiàn)實(shí)意義。

通過設(shè)計(jì)語音信號實(shí)驗(yàn)箱可以對語音信號實(shí)現(xiàn)各種形式的變換，因此學(xué)會對語音信號的處理，也可自行研究將此語音處理技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中。

1.2課題意義

語音信號處理的一門比較實(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，通過語言相互傳遞信息是人類最重要的基本功能之一，語音是人類特有的功能，它是創(chuàng)造和記載幾千年來人類文明史的根本手段，是人類最重要、最有效、最常用和最方便的交換信息的形式。

語音信號處理是研究用數(shù)字信號處理技術(shù)對語音信號進(jìn)行處理的一門學(xué)科，它是一門新興的學(xué)科，同時(shí)又是綜合性的多學(xué)科領(lǐng)域剛也涉及面很廣的交叉學(xué)科。

第二章 課程設(shè)計(jì)要求及系統(tǒng)原理

2.1 課程設(shè)計(jì)基本要求

（1）學(xué)會MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序設(shè)計(jì)方法；

（2）掌握在windows環(huán)境下語音信號的采集方法；

（3）掌握數(shù)字信號處理的基本概念，基本理論和基本方法；

（4）掌握MATLAB設(shè)計(jì)方法；

（5）學(xué)會用MATLAB對信號進(jìn)行分析和處理。

2.2 系統(tǒng)基本原理

語音采集原理是，人耳能聽到的聲音是一種范圍為20Hz—20kHz，而一般語音頻率最高為3.4kHz。語音的采集是指語音聲波信號經(jīng)麥克風(fēng)和高頻放大器轉(zhuǎn)換成有一定幅度的模擬量電信號，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的全過程。

本次設(shè)計(jì)的基本原理是對語音的錄音和放音進(jìn)行數(shù)字化控制。其中，關(guān)鍵技術(shù)在于：為了增加語音存儲時(shí)間，提高存儲器的利用率，采用了非失真壓縮算法對語音信號進(jìn)行壓縮后再存儲，而在回放時(shí)再進(jìn)行解壓縮；同時(shí)，對輸入語音信號進(jìn)行數(shù)字濾波以抑制雜音和干擾，從而確保了語音回放的可靠質(zhì)量。

通過設(shè)計(jì)一個(gè)GUI實(shí)驗(yàn)箱，并添加相應(yīng)的控制控件，添加一個(gè)聲音文件，通過MATLAB編程，使其通過各種按鈕實(shí)現(xiàn)語音信號處理的各種功能，最后做成一個(gè)完整的語音信號處理實(shí)驗(yàn)箱。

第三章 設(shè)計(jì)方案論證

3.1 設(shè)計(jì)理論依據(jù)

3.1.1采樣定理：

在進(jìn)行模擬/數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，當(dāng)采樣頻率fs.max大于信號中最高頻率fmax的2倍時(shí)，則采樣之后的數(shù)字信號完整的保留了原始信號中的信號，一般實(shí)際應(yīng)用中保證采樣頻率為信號最高頻率的5—10倍；采樣定理又稱奈奎斯特定理。

3.1.2采樣頻率：

采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)聲音樣本，是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào)、衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。采樣頻率越高，即采樣的間隔時(shí)間越短，則在單位時(shí)間內(nèi)計(jì)算機(jī)得到的聲音樣本數(shù)據(jù)就越多，對聲音波形的表示也就越精確，采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關(guān)系，根據(jù)奈奎斯特理論，只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的2倍的時(shí)候，才能把數(shù)字信號表示的聲音還原成為原來的聲音，這就是說采樣頻率是衡量聲卡采集、記錄和還原聲音文件的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.3采樣位數(shù)與采樣頻率

采樣位數(shù)即采樣值或取樣值，用來衡量聲音波動變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)候使用數(shù)字聲音信號的二進(jìn)制為數(shù)。采樣頻率是指錄音設(shè)備在一秒鐘內(nèi)對聲音信號的采樣次數(shù)，采樣頻率越高聲音的還原就越真實(shí)越自然。

采樣位數(shù)和采樣頻率對于音頻接口來說是最為重要的兩個(gè)基本指標(biāo)，也是選擇音頻接口的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。無論采樣頻率如何，理論上來說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度范圍。每增加一個(gè)采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號越精確。對于采樣率來說你可以想象它類似于一個(gè)照相機(jī)。顯然采樣率越高，計(jì)算機(jī)提取的聲音越多，對于原始的還原也越加精確。

第四章 圖形用戶界面設(shè)計(jì)

4.1 圖形用戶界面概念

圖形用戶界面或圖形用戶接口是指采用圖形方式顯示的計(jì)算機(jī)操作環(huán)境由用戶接口。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對于用戶來說更為簡便易用。

GUI是MATLAB提供的圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境，提供了一系列用于創(chuàng)建圖形用戶界面的工具，從而簡化界面布局和編程工作。

4.2用戶界面設(shè)計(jì)

4.2.1 GUI設(shè)計(jì)模板

在MATLAB主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項(xiàng)，再選擇其中的GUI命令，就會顯示圖形用戶界面的設(shè)計(jì)模板。

MATLAB為GUI設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備了四個(gè)模板，分別是Blank GUI、GUI with Uicontrols、GUI with Axes and Menu、Modal Question Dialog。

當(dāng)用戶選擇不同的模板時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)模板界面的右邊就會顯示出與該模板對應(yīng)的GUI圖形。

4.2.2 GUI設(shè)計(jì)窗口

在GUI設(shè)計(jì)模板中選中一個(gè)模板，然后單擊OK按鈕，就會顯示GUI設(shè)計(jì)窗口，選擇不同的GUI設(shè)計(jì)模式時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)窗口中顯示的結(jié)果是不一樣的。

GUI設(shè)計(jì)窗口由菜單欄、工具欄、空間工具欄以及圖形對象設(shè)計(jì)區(qū)等部分組成。GUI設(shè)計(jì)窗口的菜單欄有File、Edit、View、Layout、Tools和Help六個(gè)菜單項(xiàng)，使用其中的命令可以完成圖形用戶界面的設(shè)計(jì)操作。

4.2.3 GUI設(shè)計(jì)窗口的基本操作

（1）前面板的設(shè)計(jì)：在GUI設(shè)計(jì)窗口創(chuàng)建圖形對象后，通過雙擊該對象，就會顯示該對象的屬性編輯器。如下圖所示。例如，創(chuàng)建一個(gè)Push Button對象，并設(shè)計(jì)該對象的屬性值。

圖4-1 按鈕屬性編輯器

通過以上的按鈕屬性編輯器可以根據(jù)個(gè)人情況對按鈕的名稱、顏色、大小等方面的屬性進(jìn)行修改，使按鈕在視覺上變的更加完美。

（2）按鈕功能的實(shí)現(xiàn)：在GUI設(shè)計(jì)窗口創(chuàng)建按鈕后，通過右鍵單擊按鈕，選擇View callbacks下的callback對相應(yīng)的按鈕進(jìn)行編程，使按鈕實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，如下圖所示對按鈕的響應(yīng)功能進(jìn)行設(shè)置。

圖4-2 按鈕功能編輯器

進(jìn)入到按鈕程序編輯窗口，通過編程即可實(shí)現(xiàn)按鈕的相應(yīng)功能，如下圖：

圖4-3 按鈕的編程實(shí)現(xiàn)界面

通過對各個(gè)按鈕控件的修改，和對m文件程序的添加就完成對GUI窗口的設(shè)計(jì)，最后得到的圖形化操作界面如下圖所示:

圖4-4 圖形化操作界面

4.2.4 語音的錄入與打開

在MATLAB中，[y,fa,bits]=wavread(‘Blip’,[N1 N2]);用于讀取語音，7

采樣值放在向y中，fs表示采樣頻率，bits表示采樣位數(shù)。[N1 N2]表示讀取從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值。

Suond(x，fs，bits)；用于對聲音的回放，向量y則就代表了一個(gè)信號也就是說可以像處理一個(gè)信號表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號。

第五章 課程設(shè)計(jì)的軟件實(shí)現(xiàn)

5.1 部分函數(shù)語法格式

讀wav文件： x=wavread(‘filename’)數(shù)組a及b中元素相乘： a.*b 創(chuàng)建圖形窗口命令： figure 繪圖函數(shù)： plot(x)坐標(biāo)軸： axis([xmin xmax ymin ymax])坐標(biāo)軸注解： xlabel(‘?’)ylabel(‘?’)圖例注解： legend(‘?’)一階高通濾波器： y=filter([1-0.09375],1,x)分幀函數(shù)： f=enframe(x,len,inc)x為輸入語音信號，len指定了幀長，inc指定幀移，函數(shù)返回為nXlen的一個(gè)矩陣，每一行都是一幀數(shù)據(jù)。

5.2語音信號處理的相關(guān)函數(shù)

5.2.1語音信號的短時(shí)譜：

周期性聲門波可表示為:

(5-1)其中，g[n]是聲門波的單周期的波形，p[n]是間隔為P的周期采樣序列。當(dāng)u[n]通過線性非時(shí)變聲道，且該聲道的單位沖擊響應(yīng)為h[n]時(shí)，聲道輸出為：

(5-2)為了觀察一段語音，需要降生到輸出乘以一個(gè)一時(shí)刻τ 為中心的窗函數(shù) w[n,τ] ,即得到：

（5-3）

這段語音信號的頻域表達(dá)式為：

（5-4）

即語音信號的譜包絡(luò)為

語譜圖就是現(xiàn)實(shí)時(shí)變頻譜幅度特征的圖形表達(dá)式為：

（5-5）

將語音信號短時(shí)譜程序?qū)懭氲組ATLAB中得到單色語譜圖的波形如下：

圖5-1 語音信號單色語譜圖

5.2.2 自相關(guān)方法估計(jì)語音信號的聲道參數(shù)：

由均方預(yù)測誤差最小的得到正則方程：

（5-6）

其中，（5-7）

在最佳解時(shí)的誤差為

（5-8）

在自相關(guān)法中式5-6，式5-8變?yōu)?/p>

（5-9）

(5-10)由式5-9和式5-10可列出方程組式5-11

（5-11）

解方程組式5-9求出線性預(yù)測系數(shù)，通過誤差式5-11可求出增益G

（5-12）

加窗后信號頻譜圖如下：

圖5-2 加窗后信號頻譜圖

通過以上的方法，改變參數(shù)分別求得4極點(diǎn)模型頻率響應(yīng)和6極點(diǎn)模型頻率響應(yīng)，6極點(diǎn)波形如下圖所示：

圖5-3 六極點(diǎn)波形圖

最后通過以上方法用一個(gè)函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)以上三個(gè)功能，三個(gè)波形顯示在一個(gè)界面，通過觀察圖形，查看它們之間的分別。三者比較所得到的波形如下：

圖5-4 三者比較波形圖

5.2.3 基音周期檢測

數(shù)據(jù)為濁音語音信號speech1_10k(10000樣點(diǎn)/秒)用25ms的漢明窗對語音信號speech1_10k進(jìn)行加窗處理，并畫出所得到的加窗信號的自相關(guān)函數(shù)，再用根據(jù)中心消波法及三電平中心消波法原理改進(jìn)程序，最后對比中方法基音檢測的效果并分析結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)原理及方法

（1）自相關(guān)檢測原理：對于離散的數(shù)字語音信號序列x(n)，如果周期N，則自相關(guān)函數(shù)也是同周期的周期函數(shù)。即：x(n)=x(n+N)。清音信號沒有周期性，他的自相關(guān)函數(shù)也沒有周期。濁音新海具有準(zhǔn)周期性。自相關(guān)基音檢測正是利用這一性質(zhì)對語音信號進(jìn)行基音檢測的。

（2）中心消波法檢測原理：中心消波處理是使用如下圖所示的中心消波函數(shù)進(jìn)行處理的：

圖5-5 中心消波檢測圖

（3）三電平消波法原理：為了減少自相關(guān)計(jì)算中的乘法運(yùn)算，可以把上述中心消波以后的信號y(n)的自相關(guān)用兩個(gè)信號的互相關(guān)代替，其中一個(gè)信號是y(n)另一個(gè)信號是對y(n)進(jìn)行三電平量化產(chǎn)生的結(jié)果。且這個(gè)信號有三種可能的取值，因而這里的互相關(guān)計(jì)算只需要做加減法，而這個(gè)互相關(guān)序列的周期性與y(n)的自相關(guān)序列是近似相同的。

三電平法對語音信號處理得到的波形如下：

圖5-6 三電平法波形圖

中心消波法得到的波形如下圖：

圖5-7 中心消波法波形圖

5.3 GUI實(shí)驗(yàn)箱操作界面設(shè)計(jì)

通過對各個(gè)控件的編程和對參數(shù)的設(shè)計(jì)，最后得到的GUI實(shí)驗(yàn)箱操作界

面如下圖所示，通過界面上的各個(gè)按鈕即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。

圖5-8 GUI實(shí)驗(yàn)箱操作界面

第六章 心得體會

通過本次課程設(shè)計(jì)完成了對語音信號的讀取與打開，與課題的要求十分相符；初略的完成了界面的設(shè)計(jì)，但也存在相當(dāng)?shù)牟蛔悖_(dá)到了打開語音文件，顯示已定波形。語音信號處理時(shí)語音學(xué)與數(shù)字信號處理技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，將語音當(dāng)做一種特殊的信號，即一種“復(fù)雜向量”來看待。也就是說，體現(xiàn)了數(shù)字信號處理技術(shù)。

本次課程設(shè)計(jì)時(shí)希望將數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)用與某一實(shí)際領(lǐng)域，這里就是指對語音的處理。作為存儲與計(jì)算機(jī)中的語音信號，其本身就是離散化了的向量，我們只需要將這些離散的量提取出來美酒可以對其進(jìn)行處理了。

本次課設(shè)，用到了處理數(shù)字信號的強(qiáng)有力工具M(jìn)ATLAB，通過MATLAB李的幾個(gè)命令函數(shù)的調(diào)用，很輕易的在實(shí)際化語音與數(shù)字信號的理論之間搭了一座橋。

最后，還利用了MATLAB的另一強(qiáng)大功能——GUI界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出了一個(gè)建議的用戶應(yīng)用界面，可以讓人實(shí)現(xiàn)界面操作。

通過本次課程設(shè)計(jì)讓我更加了解了語音信號處理在現(xiàn)實(shí)中的強(qiáng)大的應(yīng)用空間，同時(shí)查閱了很多相關(guān)的資料，應(yīng)用MTALAB軟件來完成，熟練掌握了MATLAB軟件，本次課程設(shè)計(jì)要求用GUI設(shè)計(jì)模塊，查閱了很多資料，更加深刻的陸奧了了這方面知識。

本次課程設(shè)計(jì)，我明白了理論的學(xué)習(xí)需要在實(shí)踐中才能得到鞏固。在課程設(shè)計(jì)中，只有動手慢慢研究，才能真正了解MATLAB軟件平臺中可以直接設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器的各個(gè)函數(shù)的調(diào)用，對設(shè)計(jì)GUI實(shí)驗(yàn)箱的所有函數(shù)的運(yùn)用有了比較好的認(rèn)識。

通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多MATLAB和語音信號的知識，提高了自己在語音信號設(shè)計(jì)方面的知識能力，動手能力和思維能力都得到了一定的提升，希望自己以后可以更多的繼續(xù)學(xué)習(xí)這一門課程設(shè)計(jì)方面的知識。

附 錄

1.源程序代碼:

參考文獻(xiàn)

[1] 劉慶華 陳紫強(qiáng)《基于MATLAB和DSP的語音信號處理課程的建設(shè)》 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào) 2006 10（3）：124-128 [2] 張力 《MATLAB在語音信號處理輔助教學(xué)中的應(yīng)用》 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào) 2005 27卷2期：96-99 [3] 鄧立新 楊震《信息技術(shù)融入“語音信號處理”課程的教學(xué)實(shí)踐》電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào) 2005 27卷5期：13-16 [4] 胡航，《語音信號處理》 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2005年2月，第二版：135-137 [5] 張平，《MATLAB基礎(chǔ)與應(yīng)用》 北京航空航天大學(xué)出版社 2007，第二版：85-92 [6] 謝德芳 《數(shù)字信號處理》 北京科學(xué)出版社 2005，第一版

[7] 張雄偉 《現(xiàn)代語音處理技術(shù)及應(yīng)用》 機(jī)械工業(yè)出版社 2006，第二版 [8] 吳家安 《語音編碼技術(shù)及應(yīng)用》 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 第一版 [9] 劉幺和 宋庭新 《語音識別與控制應(yīng)用技術(shù)》 科學(xué)出版社 2008 第二版

[10] 李昌立 吳善培 《數(shù)字語音編碼實(shí)用教程》 人民郵電出版社 2004 第一版

[11] 姚天仁 《數(shù)字語音處理》 華中科技大學(xué)出版社 1992 第二版 [12] 朱敏雄 《計(jì)算機(jī)語音技術(shù)（修訂版）》 北京航空航天大學(xué)出版社 2002 第一版

[13] 王炳錫 《語音編碼》 西安電子科技大學(xué)出版社 2002 第一版

第五篇：基于+MATLAB+的語音信號分析與處理的課程設(shè)計(jì)

目

錄

1．課程設(shè)計(jì)目的………………………………………………………………（1）

2．課程設(shè)計(jì)基本要求……………………………………………...………….（1）

3．課程設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………..……………………..（2）

4．課程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)……………………………………………………..…..……………（3）

（1）語音信號的采集……………………………………………………..（5）

（2）語音信號的頻譜分析………………………………………………..（6）

（3）設(shè)計(jì)濾波器和畫出頻率響應(yīng)………………………………………..（6）

（4）用濾波器對信號進(jìn)行濾波…………………………………………..（9）

（5）比較濾波前后語音信號的波形及其頻譜…………………………..（9）

（6）回放語音信號………………………………………………………..（11）

（7）設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面………………………………………………………..（13）

5、心得體會……………………………………………..……………………..（14）

6、參考文獻(xiàn)…………………………………….……………………………..（14）