語音信號線性預(yù)測分析仿真課程設(shè)計-資料下載頁
2025-06-26 09:34本頁面
【正文】 化的信號，主要分為濁音和清音兩大類。濁音的基音周期、清音周期信號幅度和聲道參數(shù)等都隨時間而緩慢變化。由于發(fā)聲器官的慣性運動，可以認為在一小段時間里（一般為10~30ms）語音信號近似不變，即語音信號具有短時平穩(wěn)性。這樣，可以把語音信號分為一些短幀（稱為分析幀）逐幀進行處理。正是因為逐幀分析，所以在幀與幀之間，即波形相接的地方不夠平滑，在聽覺上會有嚴重的失真，所以我們要建立淡入淡出的概念，通過交疊分段的方法，使幀和幀之間平滑過渡，使其保持連續(xù)性。語音信號的分幀是采用可移動的有限長度窗口進行加權(quán)的方法實現(xiàn)的。一般每秒33~100幀，視情況而定。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0~1/2。 雙擊該圖標將出現(xiàn)圖37：圖37 疊接窗參數(shù)設(shè)定參數(shù)分析：由上圖可知，幀長：160bit。 幀移動：80bit； 幀移與幀長的比值為1/2，即一幀160個樣點，緩沖80個樣點。圖38 漢明窗模型如圖38所示，語音信號的分幀是采用可移動的有限長度窗口進行加權(quán)的方法來實現(xiàn)的。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。下圖是漢明窗的參數(shù)設(shè)定：圖39 漢明窗參數(shù)設(shè)定參數(shù)分析：由圖可知采用漢明窗口輸入，采用對稱采樣。圖310 自相關(guān)和萊文森杜賓算法模型由前面的討論可知，清音和濁音的發(fā)生機理不同，因此在波形上也存在著較大差異。濁音的時間波形呈現(xiàn)出一定的周期性，波形之間相似性較好；清音的時間波形呈現(xiàn)出隨機噪聲的特性，雜亂無章，樣點間的相似性較差。這樣，可以用自相關(guān)函數(shù)測定語音的相似特性，之后運用萊文森杜賓算法進行快速簡便的運算，計算出預(yù)測系數(shù)。在這個過程中即可用前n1個值來預(yù)測第n個值，用來取消冗余，實際與現(xiàn)實有誤差，來計算誤差。計算得出的值作為預(yù)測系數(shù)進行傅里葉等計算得到LPC的頻譜。而通過萊文森算法得出的預(yù)測系數(shù)作為濾波器系數(shù)，使預(yù)測語音信號和原始信號進行相減濾波得出殘差，這里 即為預(yù)測系數(shù)。圖311為LPC頻譜。如圖312為通過格形算法算出的反射系數(shù)樣點波形圖。圖311 LPC頻譜圖圖312 反射系數(shù)樣點波形圖311為萊文森杜賓算法計算得出的預(yù)測系數(shù)經(jīng)添零后作傅里葉變換，再求其倒數(shù)得到的LPC頻譜，圖312為格形算法計算得出的反射系數(shù)樣點波形圖。通過杜賓算法算出的預(yù)測系數(shù)與通過格形算法算出的預(yù)測系數(shù)其實沒有本質(zhì)的區(qū)別，只是相比較而言，格形算法較為簡潔，更易于保證語音合成器的穩(wěn)定性。此外，格形結(jié)構(gòu)對于算法中的有限字長帶來的誤差比較不敏感，因此特別適宜于只能采取定點的硬件系統(tǒng)來實現(xiàn)，基于以上原因，大部分用語音合成器的系統(tǒng)都采用格形結(jié)構(gòu)。通過圖311也可以清晰地看到第一共振峰，第二共振峰以及第三共振峰。在語音科學(xué)及語音學(xué)中，共振峰描述的是人類聲道中的共振情形。常用的測量方法是由頻譜分析或聲譜圖中，尋找頻譜中的峰值。但假如如說話者，用比較高的基頻發(fā)出元音，例如小孩或女性的聲音，則頻譜上看起來比較像是寬帶狀，比較無法看出明顯的峰值。從仿真框圖中可以看到，分析濾波器有兩個輸入端，經(jīng)格形運算后的預(yù)測系數(shù)作為分析濾波器的系數(shù)，并對預(yù)加重后的原始語音信號濾波，輸出殘渣。這個過程其實就是取新樣本的實際數(shù)值，和預(yù)測值進行比較，得到差值后，僅把預(yù)測值與現(xiàn)實樣值之差（預(yù)測誤差）進行傳輸。接下來在接收端通過一個合成濾波器，將經(jīng)格形算法得出的預(yù)測系數(shù)作為合成濾波器的預(yù)測系數(shù)，對殘差進行濾波，得到新的語音信號，最后經(jīng)加重濾波器，便可恢復(fù)與原信號近似的波形。圖313為分析濾波器的參數(shù)設(shè)定圖。圖313 分析濾波器參數(shù)設(shè)定由圖313可知，分析濾波器采用FIR數(shù)字濾波器。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。圖315 零時刻殘差時域波形圖圖316 中間時刻殘差時域波形如圖315,316所示為LPC誤差濾波器輸出的殘差系數(shù)在不同時刻的時域波形圖。由圖315和圖316可以知道，由于我們輸入的語音信號為matlab，最開始頻譜沒有明顯波動，當將時間軸調(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，那是因為發(fā)出t這樣的清音，類似于噪聲，導(dǎo)致頻譜變化幅度非常明顯。 仿真結(jié)果分析 實驗結(jié)果通過雙擊Original Signal 模塊來聽原始語音，與雙擊Processed Signal 模塊，采用LPC法合成的語音信號來聽量化的語音，發(fā)現(xiàn)兩者聽起來幾乎沒有差別。參考文獻 [1] 易克初，田斌，付強. 語音信號處理 [M]. 國防工業(yè)出版社，2000，6. 95~106[2] 張雪英. 數(shù)字語音處理[M]. 電子工業(yè)出版社，2010,~100[3] 薛定宇，陳陽泉. 基于MATLAB/Simulink的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用，2011,2.[4] 李賀冰. Simulink通信仿真教程[M]. 國防工業(yè)出版社，2006,5. 27~35[5] 楊行峻，遲惠生，等. 語音信號數(shù)字處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1995,~6318
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