第一篇：《信號與系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)——語音信號的分析和處理

《信號與系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)——語音信號的分析和處理

【設(shè)計(jì)題目】基于時(shí)頻域的分析方法對語音信號進(jìn)行分析和處理 【設(shè)計(jì)目標(biāo)】嘗試對語音信號進(jìn)行時(shí)頻域分析和處理的基本方法 【設(shè)計(jì)工具】MATLAB 【設(shè)計(jì)原理】

通過MATLAB的函數(shù)wavread()可以讀入一個(gè).wav格式的音頻文件，并將該文件保存到指定的數(shù)組中。例如下面的語句（更詳細(xì)的命令介紹可以自己查閱MATLAB的幫助）中，將.wav讀入后存放到矩陣y中。y = wavread('SpecialEnglish.wav');

對于單聲道的音頻文件，y只有一行，即一個(gè)向量；對于雙聲道的音頻文件，y有兩行，分別對應(yīng)了兩個(gè)聲道的向量。我們這里僅對一個(gè)聲道的音頻進(jìn)行分析和處理即可。注意：.wav文件的采樣頻率為44.1KHz，采樣后的量化精度是16位，不過我們不用關(guān)心其量化精度，因?yàn)樵贛ATLAB讀入后，已將其轉(zhuǎn)換成double型的浮點(diǎn)數(shù)表示。

在獲得了對應(yīng)音頻文件的數(shù)組后，我們可以對其進(jìn)行一些基本的分析和處理。可以包括：

1、對語音信號進(jìn)行頻域分析，找到語音信號的主要頻譜成分所在的帶寬，驗(yàn)證為何電話可以對語音信號采用8KHz的采樣速率。

2、分析男聲和女聲的差別。我們知道男聲和女聲在頻域上是有些差別的，一般大家都會認(rèn)為女聲有更多高頻的成分，驗(yàn)證這種差別。同時(shí)，提出一種方法，能夠?qū)σ欢我纛l信號是男聲信號、還是女聲信號進(jìn)行自動的判斷。

3、語音與樂器音頻的差別。比較語音信號與樂器音頻信號的差別，尤其是在頻域上的差別。

4、.wav文件的采樣速率為44.1KHz，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們通常說的語音信號需要的頻譜寬度，例如在電話對語音信號的采樣中，我們僅僅使用8KHz的采樣速率。對讀入的音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行不同速率的降采樣，使用wavplay()命令播放降采樣后的序列，驗(yàn)證是否會對信號的質(zhì)量產(chǎn)生影響。降采樣的方法很簡單，例如命令y = wavread('SpecialEnglish.wav');將語音文件讀入后保存在向量y中，這時(shí)對應(yīng)的采樣頻率為44.1KHz。使用y1 = y(1:2:length(y))命令，就可以將原序列y每隔1個(gè)采樣后放入序列y1中，這時(shí)y1序列對應(yīng)的采樣頻率即為22KHz。

5、自己下載獲得一段中文語音信號（可以使用諸如“千千靜聽”等工具將.mp3文件轉(zhuǎn)換成.wav文件），對中文語音與英文語音進(jìn)行比較。以下對提供的語音信號進(jìn)行說明：

SpecialEnglish.mp3：原始的語音信號，.mp3格式 Q2.wav：男聲信號

Q3.wav、Q5.wav：女聲信號

Q4.wav、Q6.wav：帶有樂器伴奏的男聲歌聲信號 Q7.wav：音樂信號

【MATLAB參考命令】

繪圖命令：plot、stem等 求頻譜、頻率響應(yīng)：fft、freqz等 卷積、濾波：conv、deconv、filter等

聲音文件讀寫：wavread、wavwrite、wavplay等

具體使用方法可以查閱MATLAB的幫助或者M(jìn)ATLAB參考書的基本使用。

第二篇：語音信號處理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)剖析

數(shù)字信號處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告

學(xué)院：電子信息學(xué)院

班級：通信131

姓名：*** 2016年 月 日

語音信號處理

目錄

一、設(shè)計(jì)目的.................................2

二、設(shè)計(jì)要求及任務(wù)...........................2 2.1 語音信號的采集........................2 2.2 語音信號的頻譜分析；..................2

三、課程設(shè)計(jì)平臺.............................3

四、設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法.......................3 4.1卷積運(yùn)算..............................3 4.2 采樣定理..............................3

五、設(shè)計(jì)內(nèi)容.................................4 5.1利用帶阻濾波器的進(jìn)行濾波的具體步驟....4 5.1.1語音信號的錄入與提取..............4 5.1.2加入噪聲信號......................6 5.1.3 語音信號和噪聲信號相加...........8 5.1.4濾波器設(shè)計(jì)........................9 5.1.5對信號進(jìn)行濾波...................11 5.2利用低通濾波器進(jìn)行濾波...............12 六：總結(jié)....................................14

語音信號處理

一、設(shè)計(jì)目的

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

2、掌握在Windows環(huán)境下語言信號采集的方法；

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)IIR數(shù)字濾波器的方法；

5、學(xué)會用MATLAB對信號進(jìn)行分析和處理；

二、設(shè)計(jì)要求及任務(wù)

2.1 語音信號的采集

本設(shè)計(jì)利用計(jì)算機(jī)Windows下的錄音機(jī)錄入一句語音信號，然后在Matlab軟件平臺下，利用函數(shù)waveread對語音信號進(jìn)行采樣，記住采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)。

2.2 語音信號的頻譜分析；

在Matlab中，可以利用函數(shù)FFT對信號進(jìn)行快速傅里葉變換，得到信號的頻譜特性，然后加入一干擾信號，要求畫出語音信號干擾前后的時(shí)域波形，并對其頻譜進(jìn)行分析。

1、設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器，給出性能指標(biāo)（參考指標(biāo)）；

（1）低通濾波器的性能指標(biāo)：fp=1000Hz,fs=1200Hz,As=100dB,Ap=1dB（2）高通濾波器的性能指標(biāo)：fs=4800Hz,fp=5000Hz,As=100dB,Ap=1dB（3）帶通濾波器的性能指標(biāo)：fp1=1200Hz,fp2=3000Hz,fs1=1000Hz, fps2=3200Hz,As=100dB,Ap=1dB；

采用雙線性變換法設(shè)計(jì)上面一種類型的數(shù)字濾波器，要求使用切比雪夫II型濾波器。

2、用濾波器對信號進(jìn)行濾波

語音信號處理

畫出濾波后信號的時(shí)域波形及頻譜，并對濾波前后的信號進(jìn)行對比，分析信號的變化。

3、回放語音信號，分析濾波前后的語音變化。

在熟悉數(shù)字信號處理課程理論的基礎(chǔ)上，通過MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)語音信號的采集與處理，進(jìn)一步加深對數(shù)字信號處理理論和技術(shù)的掌握。

三、課程設(shè)計(jì)平臺

計(jì)算機(jī)、MATLAB6.5以上

四、設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法

4.1卷積運(yùn)算

卷積和乘積運(yùn)算在頻域和時(shí)域是一一對應(yīng)的，兩個(gè)信號在時(shí)域的卷積可以轉(zhuǎn)化為求兩者在頻域的乘積后再反變換，同理在頻域的卷積等時(shí)域的乘積。而信號的頻域求解有快速傅里葉FFT算法。

卷積與傅里葉變換有著密切的關(guān)系。利用這一點(diǎn)性質(zhì)，即兩函數(shù)的傅里葉變換的乘積等于它們卷積后的傅里葉變換，能使傅里葉分析中許多問題的處理得到簡化。

由卷積得到的函數(shù)f*g 一般要比f 和g 都光滑。特別當(dāng)g 為具有緊支集的光滑函數(shù)，f 為局部可積時(shí)，它們的卷積f * g 也是光滑函數(shù)。利用這一性質(zhì)，對于任意的可積函數(shù)f，都可以簡單地構(gòu)造出一列逼近于f 的光滑函數(shù)列，這種方法稱為函數(shù)的光滑化或正則化。

卷積的概念還可以推廣到數(shù)列、測度以及廣義函數(shù)上去。4.2 采樣定理

采樣定理，又稱香農(nóng)采樣定理，奈奎斯特采樣定理，是信息論，特別是通訊與信號處理學(xué)科中的一個(gè)重要基本結(jié)論。E.T.Whittaker(1915年發(fā)表的統(tǒng)計(jì)理論), 3

語音信號處理

克勞德·香農(nóng)與Harry Nyquist都對它作出了重要貢獻(xiàn)。另外，V.A.Kotelnikov也對這個(gè)定理做了重要貢獻(xiàn)。

采樣是將一個(gè)信號（即時(shí)間或空間上的連續(xù)函數(shù)）轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)值序列（即時(shí)間或空間上的離散函數(shù)）。采樣定理指出，如果信號是帶限的，并且采樣頻率高于信號帶寬的兩倍，那么，原來的連續(xù)信號可以從采樣樣本中完全重建出來。帶限信號變換的快慢受到它的最高頻率分量的限制，也就是說它的離散時(shí)刻采樣表現(xiàn)信號細(xì)節(jié)的能力是有限的。采樣定理是指，如果信號帶寬不到采樣頻率的一半（即奈奎斯特頻率），那么此時(shí)這些離散的采樣點(diǎn)能夠完全表示原信號。高于或處于奈奎斯特頻率的頻率分量會導(dǎo)致混疊現(xiàn)象。大多數(shù)應(yīng)用都要求避免混疊，混疊問題的嚴(yán)重程度與這些混疊頻率分量的相對強(qiáng)度有關(guān)。

五、設(shè)計(jì)內(nèi)容

5.1利用帶阻濾波器的進(jìn)行濾波的具體步驟

5.1.1語音信號的錄入與提取

用電腦所帶的錄音工具錄制一段錄音，并將聲音保存，因?yàn)殇浫氲穆曇舨皇莣av格式，因此用格式工廠軟件將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換位wav格式。

利用Matlab對語音信號進(jìn)行FFT分析，并畫出源語音信號的時(shí)域波形和頻域波形。實(shí)驗(yàn)代碼：

[x,fs]=wavread('c1.wav');%利用wavread函數(shù)對語音信號進(jìn)行提取 figure(1)subplot(2,1,1);N=length(x);T=1/fs;

t=0:T:(N-1)*T;%時(shí)間間隔

plot(t,x)%以時(shí)間為橫軸，x為縱軸畫圖 title('原語音信號時(shí)域分析')%圖形命名 xlabel('t(s)')ylabel('x')

以上為時(shí)域分析，接下來為頻域分析

語音信號處理

f=(0:N-1)*fs/N;X=fft(x);subplot(2,1,2)plot(f,abs(X))axis([0 25000 0 60]);title('原語音信號頻域分析')xlabel('f(Hz)')ylabel('X')

語音信號圖形：

語音信號處理

5.1.2加入噪聲信號

在此選擇余弦函數(shù)作為噪聲信號，因?yàn)檎液陀嘞液瘮?shù)的頻域?yàn)閮蓷l豎直的線，便于濾波

實(shí)驗(yàn)代碼：

y=0.003*sin(50000*t);

y1=[y' y'];%對噪音信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，便于信號相加（見下圖有說明）Y=fft(y);figure(2)subplot(2,1,1)plot(t,y)

title('干擾信號時(shí)域波形')xlabel('t(s)')

ylabel('y=0.003*sin(50000*t)')Y=fft(y);subplot(2,1,2)plot(f,abs(Y))

axis([0 25000 0 60]);%取在語音信號范圍內(nèi)的噪聲信號 title('干擾信號頻域波形')xlabel('f(Hz)')ylabel('Y')

語音信號處理

通過圖中劃線的部分可以看出，通過y1=[y' y']此句可以將x和y這兩個(gè)變量類型統(tǒng)一，以便噪聲與語音信號的相加

語音信號處理

噪聲信號圖形：

5.1.3 語音信號和噪聲信號相加

實(shí)驗(yàn)代碼：

x1=wavread('c1.wav');x2=x1+y1;figure(3)subplot(2,1,1)plot(t,x2)

title('加入噪聲信號時(shí)域波形')xlabel('t(s)')ylabel('x')X2=fft(x2);subplot(2,1,2)plot(f,abs(X2))

axis([0 25000 0 60]);title('加入噪聲信號頻域波形')

語音信號處理

xlabel('f(Hz)')ylabel('Y')

兩信號相加圖形：

5.1.4濾波器設(shè)計(jì)

fp1=0.5*10^4;fp2=4*10^4;fs1=0.6*10^4;fs2=3.7*10^4;Rp=1;As=100;Fs=80000;

wp11=2*pi*fp1/Fs;wp22=2*pi*fp2/Fs;ws11=2*pi*fs1/Fs;

語音信號處理

ws22=2*pi*fs2/Fs;

OmegaP11=2*Fs*tan(wp11/2);OmegaP22=2*Fs*tan(wp22/2);OmegaS11=2*Fs*tan(ws11/2);OmegaS22=2*Fs*tan(ws22/2);OmegaP=[OmegaP11,OmegaP22];OmegaS=[OmegaS11,OmegaS22];%預(yù)畸變化

[N,OmegaC]=cheb2ord(OmegaP,OmegaS,Rp,As,'s');[b,a]=cheby2(N,As,OmegaS,'stop','s');[bz,az]=bilinear(b,a,Fs);%AD轉(zhuǎn)換 [H,w]=freqz(bz,az);db=20*log10(abs(H));figure(4)plot(w/pi,db)title('帶阻濾波器')xlabel('w/pi')ylabel('Db')

濾波器圖形：

語音信號處理

5.1.5對信號進(jìn)行濾波

實(shí)驗(yàn)代碼：

H=filter(bz,az,x2);figure(5)subplot(211)plot(t,H)

title('濾波后時(shí)域')xlabel('t(s)')ylabel('x')subplot(212)H1=fft(H);plot(f,abs(H1));axis([0 25000 0 60]);title('濾波后頻域')xlabel('f(Hz)')

語音信號處理

ylabel('Y')

濾波后圖形：

對比原圖源信號已經(jīng)被濾出來了 5.2利用低通濾波器進(jìn)行濾波

前三步和上面帶阻濾波器一樣便不再重復(fù)敘述，從低通濾波器的設(shè)計(jì)開始 低通濾波器實(shí)驗(yàn)代碼： fp1=0.25*10^4;fs1=0.5*10^4;Rp=1;As=100;Fs=30000;

wp11=2*pi*fp1/Fs;ws11=2*pi*fs1/Fs;

OmegaP=2*Fs*tan(wp11/2);OmegaS=2*Fs*tan(ws11/2);%頻率預(yù)畸

語音信號處理

[N,OmegaC]=cheb2ord(OmegaP,OmegaS,Rp,As,'s');%為了得到N C [z0,p0,k0]=Cheb2ap(N,As);%歸一化原型低通濾波器零極點(diǎn) a0=real(poly(p0));b0=k0*real(poly(z0));

[b,a]=lp2lp(b0,a0,OmegaC);%將歸一化原型低通轉(zhuǎn)換成低通濾波器

[bz,az]=bilinear(b,a,Fs);%雙線性變換AF到DF [H,w]=freqz(bz,az);db=20*log10(abs(H));figure(4)plot(w/pi,db)title('低通濾波器')xlabel('w/pi')ylabel('Db')

此處設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)與上面方法不同，此處先求出了歸一化原型低通濾波器，在利用歸一化原型低通濾波器轉(zhuǎn)換成低通濾波器 低通濾波器圖形：

語音信號處理

濾波后圖形：

從圖中可以看出，利用低通濾波器也還原出了源語音信號，并且比帶阻的效果稍好一點(diǎn)

六、總結(jié)

這次課程設(shè)計(jì)雖然遇到了很多問題，很多困難，但是也學(xué)到了很多東西。不僅學(xué)到了書本上的東西，而且學(xué)到了很多課本上沒有的東西，很多程序里的東西，特別是程序語法，總是有錯(cuò)誤，但是總是不知道錯(cuò)在哪里，在細(xì)心的檢查下，終于找出了錯(cuò)誤和警告，排除困難后，程序編譯就通過了，心里終于舒了一口氣。還有各種各樣問題，通過查網(wǎng)絡(luò)和請教同學(xué)來弄明白，這個(gè)過程是痛苦的，有時(shí)候有些問題不能馬上解決，感到很頭痛，真想放棄這個(gè)問題，但是堅(jiān)持下來，并且解決這些問題的時(shí)候，真的有種苦盡甘來的感覺。

應(yīng)用MATLAB進(jìn)行語音信號的處理是與我們所學(xué)課程及專業(yè)緊密相連的，有著很強(qiáng)的實(shí)踐性。做這個(gè)課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，并不是非常的順利，我也有遇到很多困難。剛開始，我用自己的mp3錄制的一個(gè)音頻文件做語音信號處理，程序始終現(xiàn)實(shí)如下錯(cuò)誤提示：

語音信號處理

??? Error using ==> wavread Error using ==> wavread Data compression format(IMA ADPCM)is not supported.我在查閱了很多資料，在網(wǎng)上也查閱相關(guān)信息，最后發(fā)現(xiàn)只有WAV格式的音頻信號才能被wavread函數(shù)識別，這只是其中的一個(gè)小困難，當(dāng)然后來也出現(xiàn)了許多錯(cuò)誤，不過在我們的精心調(diào)試下，代碼終于運(yùn)行成功 通過這次設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加深了對數(shù)子信號處理的了解，讓我對它有了更加濃厚的興趣。通過這次課設(shè)使我懂得，平時(shí)的理論知識只有通過自己動手做一個(gè)課題，從做這個(gè)課題的過程中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這個(gè)學(xué)習(xí)的過程，會比我們平時(shí)在課堂上聽到的知識更加的生動立體，更能讓人記憶深刻。

總的來說，通過這次的課程設(shè)計(jì)我對語音信號有了全面的認(rèn)識，對數(shù)字信號處理又有了深刻的理解，讓我們感受到只有在充分理解課本知識的前提下，才更更好的應(yīng)用這個(gè)工具。同時(shí)我相信，matlab會對我以后的學(xué)習(xí)中起到更大的幫助

參考文獻(xiàn)

[1] 高西全、丁玉美編著，數(shù)字信號處理。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.[2]丁玉美、高西全編著，數(shù)字信號處理學(xué)習(xí)指導(dǎo)。西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.[3]鄭君里等編，信號與系統(tǒng)。北京：高等教育出版社，2000.[4]劉樹棠譯，數(shù)字信號處理——使用MATLAB。西安：西安交通大學(xué)出版社，2002.[5]導(dǎo)向科技編著，MATLAB程序設(shè)計(jì)與實(shí)例應(yīng)用。北京：中國鐵道出版社，2001.[6]羅軍輝等編著，MATLAB7.0在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用。北京：機(jī)械工程出版社，2005.[7]陳懷琛等編著，MATLAB及在電子信息課中的應(yīng)用。北京：電子工業(yè)出版社，2002.[8]胡廣書編組，數(shù)字信號處理——理論、算法與實(shí)現(xiàn)。北京：清華大學(xué)出版社，2002.[9]梁虹等編，信號與線性系統(tǒng)分析——機(jī)遇MATLAB的方法與實(shí)現(xiàn)。北京：高等教育出版社，2006.語音信號處理

[10]劉衛(wèi)國主編，MATLAB程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用（第二版）。北京：高等教育出版社，2006.

第三篇：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）

第四篇：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。

第五篇：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?，達(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)

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