【正文】 測(cè)誤差信號(hào)，如果改用符號(hào) ()()ifn表示正向預(yù)測(cè)誤差 ()()pen，則可寫(xiě)成如下遞推形式 ( ) ( 1 ) ( 1 ) 21( ) ( 1 ) ( 1 )( 0 ) ( 0 )( ) ( ) ( 1 ) ( )( ) ( 1 ) ( )( ) ( ) ( )ni i iiiii i iif n f n k b n X Xb n b n k f nf n b n s n??????? ? ? ????? ? ? ???????? （ ） + ++輸 入S ( n )誤 差+ +)(0 nf )(1 nf )(2 nf )(1 nf n ?1k?1k? 2k? 2k? nk?1?Z 1?Z 1?Z)(1 nb )(2 nb )(1 nb n? )()( nfne ? 圖 22 這個(gè)濾波器輸入為 s(n)，輸出為正向預(yù)測(cè)誤差 ()()pfn，亦即預(yù)測(cè)誤差 e(n)。格型濾波器的優(yōu)點(diǎn)為： ①反射系數(shù)可被直接用于計(jì)算預(yù)測(cè)系 數(shù)，格型濾波器的級(jí)數(shù)等于預(yù)測(cè)系數(shù)的個(gè)數(shù)。 （ 10） 結(jié)束。 仿真工作過(guò)程 語(yǔ)音信號(hào)采樣 圖 32 輸入語(yǔ)音信號(hào)模型 雙擊出現(xiàn)如下對(duì)話框，輸入一個(gè) 8kHZ 的語(yǔ)音信號(hào) “ matlab” 。分 子系數(shù)： [1,] 起始值： ]10[0 在語(yǔ)音信號(hào)的 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程中，為了防止頻譜混疊，通常在對(duì)模擬語(yǔ)音信號(hào)取樣之前先進(jìn)行低通濾波器，但濾波的同時(shí)也降低了高頻趨于信號(hào)的能量，這對(duì)線性預(yù)測(cè)分析是相當(dāng)不利的。濁音的基 音 周期、清音周期信號(hào)幅度和聲道參數(shù)等都隨時(shí)間而緩 慢變化。 幀移動(dòng)： 80bit； 幀移與幀長(zhǎng)的比值為 1/2，即一幀 160 個(gè)樣點(diǎn)，緩沖 80 個(gè)樣點(diǎn)。計(jì)算得出的值作為預(yù)測(cè)系數(shù)進(jìn)行傅里葉等計(jì)算得到 LPC 的頻譜 。在語(yǔ)音科學(xué)及語(yǔ)音學(xué)中，共振峰描述的是人類(lèi)聲道中的共振情形。 17 圖 314 LPC 誤差濾波器參數(shù)設(shè)定 由圖 314 可知，合成濾波器采用的是 IIR 型數(shù)字濾波器。 由圖 315 和圖 316 可以知道，由于我們輸入的語(yǔ)音信號(hào)為 matlab，最開(kāi)始頻譜沒(méi)有明顯波動(dòng)，當(dāng)將時(shí)間軸調(diào)到中間的部分，可以看到頻譜變化十分明顯，很像噪聲的頻譜，那是因?yàn)榘l(fā)出 t這樣的清音，類(lèi)似于噪聲，導(dǎo)致頻譜變化幅度非常明顯 。但假如如說(shuō)話者，用比較高的基頻發(fā)出元音，例如小孩或女性的聲音，則頻譜上看起來(lái)比較像是寬帶狀，比較無(wú)法看出明顯的峰值。 圖 311為 LPC 頻譜。常用的窗有兩種，一種是矩形窗，一種是漢明窗，在這里我們用的是漢明窗。這樣，可以把語(yǔ)音信號(hào)分為一些短幀（稱為分析幀）逐幀進(jìn)行處理。使信號(hào)的頻譜變得平坦，保持在低頻到高頻的整個(gè)頻帶中，能用同樣的信噪比求頻譜，以 便于頻譜分子或聲道參數(shù)分析。 預(yù)加重 圖 34 預(yù)加重 模型 12 圖 35 預(yù)加重參數(shù)設(shè)定 參數(shù) 分析： 傳遞函數(shù)類(lèi)型：全極點(diǎn)，即全零點(diǎn) FIR數(shù)字濾波器。 10 第 3 章 simulink 仿真的分析合成系統(tǒng) 仿真內(nèi)容 對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音采樣、線性編碼，使語(yǔ)音在傳輸時(shí)失真最小?？梢宰C明，格型濾波器穩(wěn)定的充要條件是： ik 1。如果將模型中的增益因子 G 考慮到輸入信號(hào)中，則該濾波器輸入是 Gu(n)，輸出是合成的語(yǔ)音s(n)。利用 LevinsonDurbin 算法遞推時(shí)，從最低階預(yù)測(cè)器開(kāi)始，由低階到高階進(jìn)行逐階遞推計(jì)算。 在語(yǔ)音產(chǎn)生的數(shù)字模型中，語(yǔ)音抽樣信號(hào) s(n)和激勵(lì)信號(hào)之間的關(guān)系可用下列差分方程來(lái)表示： 可見(jiàn)，如果語(yǔ)音信號(hào)準(zhǔn)確服從上式的模型，則 ，所以預(yù)測(cè)誤差濾波器 A(z)是 H（ z）的逆濾波器，故有下式成立： 線性預(yù)測(cè)的概念與原理 LevinsonDurbin 自相關(guān)解法 由于語(yǔ)音是一種短時(shí)平穩(wěn)信號(hào)，因此只能利用一段語(yǔ)音來(lái)估計(jì)模型參數(shù)。 圖中，準(zhǔn)周期性脈沖序列發(fā)生器產(chǎn)生濁音的激勵(lì)源，濁音的基音 頻率由脈沖重復(fù)的周期決定；隨機(jī)噪聲發(fā)生器產(chǎn)生清音的激勵(lì)源，模擬湍空氣湍流 ； 清 濁音開(kāi)關(guān)控制清音和濁音的產(chǎn)生；嘴唇的輻射特性可以用一個(gè)一階極點(diǎn)數(shù)字濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)；增益控制來(lái)控制語(yǔ)音的強(qiáng)度。 預(yù)測(cè)信號(hào) ??Sn? 為： () ? ? ? ??? ??pi i insans 1? 3 ，稱為預(yù)測(cè)系數(shù)， 由于語(yǔ)音信號(hào)性質(zhì)變化緩慢，所以對(duì)于所分析的幀來(lái)說(shuō)，預(yù)測(cè)系數(shù)是一組恒定的參數(shù)。這時(shí)，如果聲道有某部位 收縮成一個(gè)狹窄的通道，則空氣流到達(dá)此處時(shí)將被迫高速 沖過(guò)此收縮區(qū)，并在附近形成湍流，這種空氣湍流激勵(lì)聲道后便形成清音或摩擦音。 空氣由肺部排入喉部，經(jīng)過(guò)聲帶進(jìn)入聲道，最后由嘴輻射出聲波，這就形成了語(yǔ)音。其重要性在于它能夠極為精確地估計(jì)語(yǔ)音參數(shù)，用極少的參數(shù)有效而又正確地表現(xiàn)語(yǔ)音波形及其頻譜的性質(zhì)，而且可以用比較簡(jiǎn)單的計(jì)算和比較快的速度求得參數(shù)。 關(guān)鍵詞 語(yǔ)音信號(hào) LPC LevinsonDurbin 算法 MATLAB 仿真 Abstract As one of the most effective speech analysis technique, linear prediction is a kind of based on the pole model assumption and minimum mean square error criterion of wave approximation technique, based on the audio signal of time domain and frequency domain analysis of track parameters valuations, with a few low information rate of timevarying parameters accurately describe the nature of the speech waveform and spectrum, to be able to try to keep the original sound quality on the basis of the synthesis of high quality speech. This paper mainly studies the linear prediction (LPC), Levinson from the principle of the algorithm, based on MATLAB speech linear prediction simulation, and the selection of parameters to do a parative analysis. Keywords voice signal LPC Levinson Durbin algorithm MATLAB simulation 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................................................................................. 1 語(yǔ)音信號(hào) LPC 分析技術(shù)的基本概念 .................................................................................... 1 第 2 章 線性預(yù)測(cè)編碼的基本原理 .......................................................................... 2 語(yǔ)音信號(hào)的 產(chǎn)生 ..................................................................................................................... 2 線性預(yù)測(cè)的概念與原理 ......................................................................................................... 2 線性預(yù)測(cè)分析的概念 ....................................................................................................... 2 LPC 和語(yǔ)音信號(hào)模型的關(guān)系 ......