【正文】 X e X e? ，需 N?? ；但是 N 值太大時(shí)，倍號(hào)的分幀 又 失 去了意義 。另外，為了使 ()nXk具有較高的頻率分辨率，所取的DFT 以及相應(yīng)的 FFT 點(diǎn)數(shù) 1N 應(yīng)該足夠多，但有時(shí) ()nxm的長(zhǎng)度 N 要受到采樣 率和短時(shí)性的限制，例如，在通常采樣率為 8kHz 且?guī)L(zhǎng)為 20ms 時(shí)， N=根據(jù)功率譜定義，可以寫出短時(shí)功率譜與短時(shí)傅里葉變換之間的關(guān)系： 基于 Matlab 的聲信號(hào)采集與譜分析設(shè)計(jì) 作者： 尹青山 第 16 頁(yè) 共 22 頁(yè) 2( ) ( ) ( ) ( )j w j w j w j wn n nnS e X e X e X e?? ? ? (412) 或者： 2( ) ( ) ( ) ( )n n nnS k X k X k X k?? ? ? (413) 式中＊表示復(fù)共軛運(yùn)算 。短時(shí)譜只能反映語音信號(hào)的靜態(tài)頻基于 Matlab 的聲信號(hào)采集與譜分析設(shè)計(jì) 作者： 尹青山 第 17 頁(yè) 共 22 頁(yè) 率特性，不能反映 語音信號(hào)的動(dòng)態(tài)頻率特性。 窄帶語譜 圖 有良好的頻率分辨率， 有 利于顯示基音頻率及其各 次諧波，但它的時(shí)間分辨率較 差 ，不利于觀察共振峰 (盧道諧振 )的變化；而寬帶語譜圖正相反，具有良好的時(shí)間分辨率及較差的頻率分辨率。 圖 4 3 是用 Mtalab 繪制的一 個(gè)寬帶語譜圖，其中橫抽坐標(biāo)為時(shí)間，縱軸坐標(biāo)為頻率， 語句 內(nèi)容為 “ 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院”， 它的發(fā)音在 圖 下方以音標(biāo)表示。條紋越密表示越音頻率越高。 當(dāng)靜態(tài)界面設(shè)計(jì)完成以后，對(duì)該界面進(jìn)行保存，此時(shí) Guidie 將自動(dòng)生成兩個(gè)發(fā)布文件，分布是 .fig文件和 .m文件 [19]?，F(xiàn)代譜分析模塊則包括 Burg法和自相關(guān)法兩個(gè)小模塊。 圖 5 3為輸入信號(hào)為串口接收的數(shù)據(jù)的界面。 同時(shí)感謝 閆 昕 老師在完稿過程中給予的建議和幫助， 使他的指導(dǎo)和建議使我的論文更加完善，在此對(duì) 閆 老師 致以誠(chéng)摯的感謝。然后點(diǎn)打開按鈕，在打開文件名的同時(shí)首先會(huì)在坐標(biāo)軸中顯示原始信號(hào)波形。一種 信號(hào)來源 是由串口實(shí) 時(shí)采集到的信號(hào)，把該信號(hào)作為一種輸入方式。 Fig 文件是一個(gè)二進(jìn)制文件，調(diào)用 hgsave 命令或界面設(shè)計(jì)編輯器的file 菜單 save 選項(xiàng)保存圖像窗口時(shí)將產(chǎn)生該文件。在這種用戶界面中，用戶的操作既形象生動(dòng)，又方便靈活，所以當(dāng)今絕大部分開發(fā)環(huán)境與應(yīng)用程序都采用圖形用戶界面，許多流行的開發(fā)工具 也 都可以進(jìn)行圖形用戶界面的設(shè)計(jì)。語譜圖中的花紋有橫扛 (Bar)、亂紋和豎直條等。 可以利用語譜儀測(cè) 量 語譜圖的方法來確定語音參數(shù)，例如共振峰頻率及基音頻率 。 把和時(shí)序相關(guān)的 傅里葉分 析的顯示圖形稱為語譜圖 (Sonogram，或者Spectrogram)。 121( ) ( ) ( )Nj w j w j w kn n nkNS e X e R k e? ?? ? ??? ? (414) 圖 4 2 是用 Matlab 中的 psdplot 命令繪得的同一人兩次說同一詞的功率譜比 較 (窗函數(shù)取窗長(zhǎng)度為 256 的 Hamming 窗 )[15]。例如、在 10kHz 的范圍內(nèi)采樣求頻譜，并要求頻率分辨率在 30 Hz 以下。因此．應(yīng)折衷選擇 窗 的寬度 N。當(dāng)然窗口函數(shù)不同，博里葉變換的結(jié)果也將不同。 圖 4 1 語音信號(hào)的短時(shí)能量和短時(shí)平均過零率 是用 Mtalab 仿真一段語音信號(hào)時(shí)域 波形的短時(shí)能量和 短時(shí)平均過零率 。 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)濁音時(shí)，盡管聲道有若干個(gè)共振峰，但由于聲門波引起譜的 高頻跌落， 所以其話音能量約集中在 3kHz以下。 ② 可以用來區(qū)分聲母與韻母的分界，無聲與有盧的分界，連字 (指字之間無間隙 )的分界等。 ③ 可以得到語音的一些重要的參數(shù)。 用于對(duì)聲音的回放。 在實(shí)際工作中，可以利用 windows 自帶的錄音機(jī)錄制語音文件， 圖 3 5 是基于 PC 機(jī)的語音信號(hào)采集過程，聲卡可以完成語音波形的 A/D 轉(zhuǎn)換，獲得WAVE 文件，為后續(xù)的處理儲(chǔ)備原材料。采樣頻率過低，采樣點(diǎn)間隔過遠(yuǎn)，則離散信號(hào)不足以反映原有信號(hào)波形特征，無法使信號(hào)復(fù)原，造成信號(hào)混淆。 采樣時(shí)必須要注意滿足 奈奎斯特定理 ，即采樣頻率 fs 必須 以高于受測(cè)信號(hào)的最高頻率兩倍以上的速度進(jìn)行取樣，才能正確地重建波 它是通過采樣脈沖和模擬信號(hào)相乘來實(shí)現(xiàn)的 。在濁 音段表現(xiàn)出周期信號(hào)的特征，在清音段表現(xiàn)出隨機(jī)噪聲的特征。 數(shù)字濾波器的作用是利用離散時(shí)間系統(tǒng)的特性對(duì)輸入信號(hào)波形 (或頻譜 )進(jìn)行加工處理，或者說利用數(shù)字方法按預(yù)定的要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換 [6]。 時(shí)域信號(hào)的 FFT 分析 FFT 即為快速傅氏變換， 是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。 語音信號(hào) 的分析及處理方法 聲音的錄入與打開 在 MATLAB 中， [y,fs,bits]=wavread(39。 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(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行回放，感覺濾波前后聲音的變化。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 1．理論依據(jù) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求分析系統(tǒng)功能，掌握設(shè)計(jì)中所需理論（采樣頻率、采樣位數(shù)的概念，采樣定理； 時(shí)域信號(hào)的 FFT 分析；數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理 和方法，各種不同類型濾波器的性能比較），闡明設(shè)計(jì)原理。 從目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者所進(jìn)行的大量研究工作來看，主要是對(duì)單頻率信號(hào)（或頻率間隔較大的多頻率信號(hào)）離散頻譜的自動(dòng)識(shí)別和校正方法進(jìn)行探討，密集頻率的校正也只限于兩個(gè)鄰近頻率成分的校正，未能深入到連續(xù)頻率成分頻譜的誤差和校正方法的研究。譜分析就是頻域分析，具體是指將信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)強(qiáng)度按頻率順序展開，使其成 為頻率的函數(shù)，并考察變化規(guī)律 [1]。 【關(guān)鍵字】聲音 信號(hào) ； 信號(hào)處理 ； Matlab；傅里葉變換 Abstract Speech signal processing is to study the use of digital signal processing technology and knowledge of the voice signal voice processing of the emerging discipline is the fastest growing areas of information science one of the core technology. Transmission of information through the voice of humanity39。信號(hào)處理是 Matlab 重要應(yīng)用的領(lǐng)域之一。 信號(hào)分析主要包括時(shí)域分析和頻域分析。從上世紀(jì) 70 年代中期，有關(guān)學(xué)者開始致力于頻譜校正理論的研究以期解決離散頻譜誤差較大的問題 , 通過加窗、局部細(xì)化、多點(diǎn)卷積幅值修正等方法來提高頻率識(shí)別精度，解決了離散高次諧波參數(shù)的精確測(cè)量等問題。當(dāng)前，具有密集頻譜的頻譜校正問題是目前頻譜校正技術(shù)最難解決的問題之一，成為工程界和研究離散頻譜校正的學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)。畫出處理過程中所得各種波形及頻譜圖。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)。顯然采樣率越高，計(jì)算機(jī)攝取的圖片越多，對(duì)于原始音頻的還原也越加精確。向量 y 則就代表了一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。在信號(hào)的過濾、檢測(cè)和參數(shù)的估計(jì)等方面，經(jīng)典數(shù)字濾波器是使用最廣泛的一種線性系統(tǒng) [5]。 ② 在時(shí)域內(nèi)，語音信號(hào)具有“短時(shí)性”的特點(diǎn)，即在總體上，語音信號(hào)的特征是隨著時(shí)間而變化的，但在一段較短的時(shí)間間隔內(nèi)，語音信號(hào)保持平穩(wěn)。 采樣也稱抽樣，是信號(hào)在時(shí)間上的離散化，即按照一定時(shí)間間隔△ t 在模擬信號(hào) x(t)上逐點(diǎn)采取其瞬時(shí)值。但過高的采樣頻率并不可取，對(duì)固定長(zhǎng)度（ T）的信號(hào)，采集到過大的數(shù)據(jù)量（ N=T/△ t），給計(jì)算機(jī)增加不必要的計(jì)算工作量和存儲(chǔ) 空間；若數(shù)據(jù)量（ N）限定，則采樣時(shí)間過短，會(huì)導(dǎo)致一些數(shù)據(jù)信息被排斥在外。市面上購(gòu)買到的普通聲卡在這方面做的都很好，語音聲波通過話筒輸入到聲卡后直接獲得的是經(jīng)過防混疊濾波、 A/D 變換、量化處理的離散的數(shù)字信號(hào) [8]。 sound(x,fs,bits)。 ② 實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單、運(yùn)算且少 。 短時(shí)能量和短時(shí)平均幅度 函數(shù) 的主要用途有：①可以區(qū)分濁音段與清音段，因?yàn)闈嵋魰r(shí) En值比清音時(shí)大的多。對(duì)于后一個(gè)問題除了可以采用低直流漂移器件外，也 可以在軟件上加以解決，這就是算出每一幀的直流分量并予以濾除 。但是研究表明，在以某些音為開始或結(jié)尾時(shí)．如當(dāng)弱摩擦音 (如[f]、 [h]等音素 )、弱燃破音 (如 [p]、 [t]、 [k]等 音素 )為語音的開頭或結(jié)尾；以鼻音(如 [n]、 [m]等音素 )為語音的結(jié)尾時(shí)．只用其中一個(gè)參量來判別語音的起點(diǎn)和終點(diǎn)是有困難的，必須同時(shí)使用這兩個(gè)參數(shù)。由于窗口是有限長(zhǎng)度的，滿足絕對(duì)可和條件，所以這個(gè)變換是存在的。尤其是 N 大于語音的 音素 長(zhǎng)度時(shí) ， ()jwnXe 已不能反映該語音 音素 的頻譜了。而1N 一般取 25 512 或 1024，為了將 ()nxm的點(diǎn)數(shù)從 N 擴(kuò)大力 1N ，可以采用補(bǔ)0 的辦法，在擴(kuò)大的部分添若干個(gè) 0 取樣值，然后再對(duì)添 0 后的序列進(jìn)行 FFT。 并且功率譜 ()jwnSe 是短時(shí)自相關(guān)函數(shù) ()nRk的傅里葉變換。因此，人們致力于研究語音的時(shí)頻分析特性。寬帶語譜圖能給出語音的共振峰頻率及清輔音的能量匯集區(qū)，在話譜 圖 里共振峰呈現(xiàn)為黑色的條紋。同時(shí)給出了相應(yīng)的語音的時(shí)域波形。 圖 4 3 棗莊學(xué)院語譜圖 基于 Matlab 的聲信號(hào)采集與譜分析設(shè)計(jì) 作者： 尹青山 第 19 頁(yè) 共 22 頁(yè) 第 5章 圖形用戶界面制作 圖形用戶界面是指由窗口、菜單、對(duì)話框等各種元素組 成的用戶界面。 Fig 文件：該文件包括圖形窗口及其所有后裔的完全描述，包括所有對(duì)象的屬性值。 根據(jù)不同的信號(hào)來源，界面主要采用兩 種 不同 輸入方式。 另一種信號(hào)來源是打開 mat文件中已存的兩個(gè)不同頻率疊加的聲音信號(hào)，把該信號(hào)作為一種輸入方式。 飲水思源，師恩難忘，再次衷心感謝 教育、指導(dǎo) 我的 老師 們 ！ 尹青山