基于幅度調(diào)制的語音信號合成課程設(shè)計說明書(編輯修改稿)
2024-10-02 14:33 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 于對包絡(luò)的概念理解不清 ，也走了不少彎路，不過也取得了一些意外的效果。 在數(shù)學(xué)與信號處理的領(lǐng)域中，一個實值函數(shù)的希爾伯特變換是將信號 s(t)與1/(π t)做卷積，以得到 s39。(t)。因此，希爾伯特變換結(jié)果 s39。(t)可以被解讀為輸入是 s（ t）的線性時不變系統(tǒng)的輸出，而此系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)為 1/(π t)。這是一項有用的數(shù)學(xué)工具，用在描述一個以實數(shù)值載波做調(diào)制的信號之復(fù)數(shù)包絡(luò)，出現(xiàn)在通訊理論中發(fā)揮著重要作用。 希爾伯特變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式： s39。(t)=H(s)= s(n)h(tn)dn=(1/π ))(s(n)/(tn))dn 其中 h（ t） =1/(π t) Hilbert 變換具有兩個性質(zhì)： 性質(zhì) 1 序列 x(n)通過 Hilbert 變換器后，信號頻譜的幅度不發(fā)生變化，這是因為 Hilbert 變換器是全通濾波器，引起頻譜變化的只是其相位。 性質(zhì) 2 序列 x(n 與其 Hilbert 變換是正交的。 MATLAB 提供了計算 Hilbert 變換的函數(shù)，其格式為 y=Hilbert(x)。但需注意的是，該函數(shù)計算出的結(jié)果是序列的解析信號，其虛部才是序列的 Hilbert 變換。 我們首先對采集到的語音信號進(jìn)行 預(yù) 處理，截取片段，濾除其中的噪聲 。對采集語音信號分析其頻譜后，發(fā)現(xiàn) 其含有一定的高頻噪聲，因此決定設(shè)計一個低山東科技大學(xué)課程設(shè)計 12 通濾波器對其進(jìn)行濾波。 設(shè)計的低通濾波器 （設(shè)計為子程序） 如下： 對采集到的信號選取的參數(shù)為：通帶頻率： 400Hz。阻帶頻率： 420Hz。試聽有較好的效果。 處理過程及結(jié)果如下： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04101原始信號0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000500原始信號的頻譜0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04 0 . 200 . 2低通濾除噪聲后的信號0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000500低通濾除噪聲后的頻譜 其次 我們對信號進(jìn)行分幀處理 。 由于語音信號的 短時 平穩(wěn)特性，可以將平穩(wěn)過程的處理方法和理論引入到語音信號的短時處理中，將語音信號劃分為很多短山東科技大學(xué)課程設(shè)計 13 時的語音段，每個短時的語音段稱為一個分析幀。這樣，對一幀語音信號進(jìn)行處理就相當(dāng)于對特征固定的持續(xù)信號進(jìn)行處理。在處理時，按幀取數(shù)據(jù)，處理完后再取下一幀。前一幀和后一幀的交疊部分稱為幀移。幀移與幀長的比值一般取為~。 設(shè)計的 分幀算法如下，考慮到調(diào)試方便特設(shè)計為子函數(shù)的形式，方便調(diào)用調(diào)試： 然后我們就可以按幀對信號進(jìn)行處理，通過不斷的嘗試調(diào)試，最終發(fā)現(xiàn) 最優(yōu)的 處理方法 為： 每 一幀進(jìn)行加窗處理（ Hanning 窗 ） ； 對每一幀 進(jìn)行希爾伯特變換 ； 幀合并 ； 從中抽取出處理后的語音信號。 至此，男聲語音包絡(luò)提取完畢。 波形圖如下： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04 0 . 2 0 . 100 . 10 . 2純語音波形0 200 400 600 800 1000 1200 0 . 2 0 . 100 . 10 . 2對純語音分幀看結(jié)果 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 14 0 50 100 150 200 250 30000 . 51窗函數(shù)0 50 100 150 200 250 30000 . 51對每幀加窗看結(jié)果0 50 100 150 200 250 30002040窗的幅度0 50 100 150 200 250 300505窗的相位 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04 0 . 2 0 . 100 . 10 . 2純語音波形0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 0410123分幀處理后的包絡(luò) 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 15 女聲處理 對于女聲，我們主要想提取其音色 及頻率 ， 然后 用其與男聲的包絡(luò)進(jìn)行幅度調(diào)制。但是最終的提取效果 總是 不是太好，嘗試了很多種辦法， 都不能達(dá)到理想的效果。因此最終 決定直接用女聲信號來調(diào)制男聲信號， 發(fā)現(xiàn) 總體能取得較能接受的效果 。雖然效果不佳，但是在 整個 過程中收貨頗多。 下面將所進(jìn)行的嘗試過程列寫下來，總結(jié)原因，希望以后有機(jī)會還能再進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化處理 。 首先分 析人的發(fā)音特性。眾所周知，一切物體發(fā)聲的原理都是振動出聲 ， 由空氣傳出，那在物體振動的時候出來的頻率都是一個波形，這個波總可以分解為一系列不同頻率正弦波的疊加，含一個基波和許多諧波，即內(nèi)含各種頻率成分，音色的不同，就是這些諧波的含量都不相同 。因此我們可以根據(jù)這個特性來提取這些諧波成分，然后加到男聲包絡(luò)上，可能會有不錯的結(jié)果。 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2020 0 . 500 . 51一幀的圖像0 50 100 150 200 250 300 350 400020406080100分幀后一幀的頻譜 通過上面這兩張圖片可以看出短時內(nèi)的基波諧波分布，并呈現(xiàn)出周期特性。并可以看到短時內(nèi)聲音主要頻率都是集中分布的，因此我們可以用一個帶阻濾波器來把“基波”濾除掉，然后依次把得到的“諧波 ”加到包絡(luò)上。 方法如下： 設(shè)計的帶阻濾波器子函數(shù)： 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 16 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 3 0 0 2 5 0 2 0 0 1 5 0 1 0 0 5 00所設(shè)計濾波器的通帶曲線 處理前聲音特效： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04 0 . 4 0 . 200 . 20 . 4女聲片段0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 20200200400600女聲片段頻率特性 山東科技大學(xué)課程設(shè)計 17 處理后聲音特效： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 1 04 0 . 2 0 . 100 . 10 . 2處理后女聲片段
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