語音信號的采集與時頻域分析系統(tǒng)的設計(編輯修改稿)
2025-07-23 09:17 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 （） 同樣，不同的窗口函數(shù)，將得到不同的傅立葉變換式的結(jié)果。由上式可見，短時傅立葉變換有兩個變量：n和ω，所以它既是時序n的離散函數(shù)，又是角頻率ω的連續(xù)函數(shù)。與離散傅立葉變換逼近傅立葉變換一樣，如令ω=2πk/N，則得離散的短時傅立葉吧如下： () 語譜圖語譜圖反映了語音信號的動態(tài)頻率特性，在語音分析中具有重要的實用價值。被成為可視語言。語譜圖的時間分辨率和頻率分辨率是由窗函數(shù)的特性決定的。時間分辨率高，可以看出時間波形的每個周期及共振峰隨時間的變化，但頻率分辨率低，不足以分辨由于激勵所形成的細微結(jié)構(gòu)，稱為寬帶語譜圖；而窄帶語譜圖正好與之相反。寬帶語譜圖可以獲得較高的時間分辨率，反映頻譜的快速時變過程；窄帶語譜圖可以獲得較高的頻率分辨率，反映頻譜的精細結(jié)構(gòu)。兩者相結(jié)合，可以提供帶兩與語音特性相關的信息。語譜圖上因其不同的灰度，形成不同的紋路，稱之為“聲紋”。聲紋因人而異，因此可以在司法、安全等場合得到應用。語音采集信號的的語譜圖如下圖（）所示復倒譜是的變換取對數(shù)后的逆變換，其表達式如下: （）倒譜定義為取變換后的幅度對數(shù)的逆變換，即 （）在時域上，語音產(chǎn)生模型實際上是一個激勵信號與聲道沖激響應的卷積。對于濁音，激勵信號可以由周期脈沖序列表示；對于清音，激勵信號可以由隨機噪聲序列表示。聲道系統(tǒng)相當于參數(shù)緩慢變化的零極點線性濾波器。這樣經(jīng)過同態(tài)處理后，語音信號的復倒譜，激勵信號的復倒譜，聲道系統(tǒng)的復倒譜之間滿足下面的關系： （）由于倒譜對應于復倒譜的偶部，因此倒譜與復倒譜具有同樣的特點，很容易知道語音信號的倒譜，激勵信號的倒譜以及聲道系統(tǒng)的倒譜之間滿足下面關系： （）濁音信號的倒譜中存在著峰值，它的出現(xiàn)位置等于該語音段的基音周期，而清音的倒譜中則不存在峰值。利用這個特點我們可以進行清濁音的判斷，并且可以估計濁音的基音周期。 語音信號的倒普圖,~~ 200Hz左右, 這與人的語音信號頻率集中在 200 Hz到 4000Hz之間是相一致的。而在未發(fā)聲的時間段內(nèi), 相對的小高頻部分( 150～500Hz)應該屬于背景噪聲。第三章 加噪與濾波處理利用awgn函數(shù)對原始信號進行信噪比50dB的白噪聲的加噪處理，接下來分別對原始信號和加噪信號的采樣數(shù)據(jù)作快速傅里葉(fft)變換并畫出以 dB為單位的信號頻譜圖。：，表示白噪聲基本覆蓋了原始信號的頻譜。同時利用sound函數(shù)對語音信號進行回放在聽到“信號處理—濾波器”這句話時，伴隨著著明顯的噪聲。為方便設計濾波器進行濾噪，現(xiàn)在對加噪信號進行倒普分析。從上圖分析可知加噪后的倒譜圖信號頻率在100Hz~500Hz，~~。針對語音信號的頻譜分析，采用低通濾波方案設計濾波器。相應的低通指標為：Ws=*pi；Wp=*pi；Rp=；As=50；采用橢圓低通濾波器（ellipord）：，達到理想的濾波效果。當用sound函數(shù)回放時，噪聲消失達到濾波效果，但是聲音與原始信號比較相對沉悶。若要達到較高的濾波要求可對濾波器的參數(shù)進行高精度調(diào)試?；蛘咴O計高通、帶通、帶阻濾波器進行對比選擇更合適的方案設計。第四章 總 結(jié)本文系統(tǒng)介紹了語音信號的采集與時頻域分析，并對原始信號進行加噪處理，再次濾波得到理想的濾波效果，下面是我一周來的感想和體會。為期一周的信號處理課設，感慨頗多，受益匪淺。剛開始接到課題是一種興奮，因為新的考驗即將開始。當分析以下課題后發(fā)現(xiàn)本次課題難度不大，并且相對比較熟悉。此時有一種莫名的慶幸和失落，慶幸自己的課題并不是毫無頭緒，失落的是感覺太輕松了，會沒有成就感。但是當自己第一天開始做時，沒有太大的感覺。因為自己還沒有真正體會到該課題的深度與難度。第一天把查閱的相關資料進行了系統(tǒng)的分析和理解。其中著重對Matlab軟件進行深入學習。第二天著手分析語音信號的處理的基本方法和步驟，發(fā)現(xiàn)好多原理沒有搞清楚，造成進度很慢，同時也感覺到了一種壓迫感。第三天開始全方面的設計調(diào)試程序，其中讓我體會到Matlab軟件功能的強大，學好該軟件對以后的學習和工作具有重要的意義。在設計和調(diào)試程序的過程中遇到很多問題，更多的感受是Matlab函數(shù)庫認識尚淺。但是在老師的指導幫助下和同學共同討論最后攻克諸多程序的時候自己高興地無法言表。希望今后能有跟多的實踐機會，從中不斷提升自己。再次感謝老師的悉心教導！參考文獻[1] 程佩青. 數(shù)字信號處理教程[M]. 北京: 清華大學出版社,2002.[2] 劉敏,魏玲. Matlab 通信仿真與應用[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2001.[3] 樓順天, 劉小東, 的系統(tǒng)分析與設計
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