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正文內(nèi)容

畢業(yè)論文-基于matlab的語音處理語音合成說明書-文庫吧資料

2024-11-15 20:57本頁面
  

【正文】 真,稱為過量調(diào)幅。 采用調(diào)幅調(diào)制是因為其以下特點在語音信號處理中得到很好的應用。 第三種是把調(diào)制信號裝載在載波的相位上, 15 稱為相位調(diào)制,簡稱 PM[10]。 信號調(diào)制 所謂調(diào)制,就是將調(diào)制信號加載在三個參數(shù)中的某一個參數(shù)上,或幅值、或頻率、或相位,隨調(diào)制信號大小成線性或非線性變化的過程。但需注意的是,該函數(shù)計算出的結果是序列的解析信號,其虛部才是序列的 Hilbert 變換。 希爾伯特變換等效于 ? π/2的相移,對正頻率產(chǎn)生 π/2的相移,對負頻率產(chǎn)生 π/2相移,或者說,在時域信號每一頻率成分移位 1/4 波長,因此,希爾伯特變換又稱為 90 度移相器。 希爾伯特變換的頻域數(shù)學表達式 如式( 41)所示。(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)的脈沖響應為 1/(πt)。(t)。這就用到了一個關鍵的函數(shù),希爾伯特變換。這種調(diào)制方式是用傳遞的低頻信號(如代表語言、音樂、圖像的電信號)去控制作為傳送載體的高頻振蕩波(稱為載波)的幅度,是已調(diào)波的幅度隨調(diào)制信號的大小線性變化,而保持載波的角頻率不變。所謂 “ 加載 ” ,其實質(zhì)是使高頻載波信號(信息載體)的某個特性參數(shù)隨信息信號幅值的 14 大小程線性變化。 基于載波調(diào)制的語音信號合成是基于信號的振幅調(diào)制原理而實現(xiàn)的。它把人的發(fā)音波形直接存儲或者進行進行簡單的 波形編碼后存儲,組成一個合成的語音庫;合成時,根據(jù)待合成的信息,在語音庫中取出相應單元的波形數(shù)據(jù),拼接或編輯到一起,經(jīng)過解碼還原成語音。根據(jù)基元的選擇方式以及其存儲形式的不同,可以將合成方法籠統(tǒng)的分為波形合成方法和參數(shù)合成方法。在語音合成中,為了便于存儲和后續(xù)分析,必須先將語音信號進行預分析、預處理、波形變換等一系列操作。一般是選擇 合適的基本單元,將基本單元用一定的參數(shù)編碼方式或波形方式進行存儲,形成一個語音庫。具有較強的實用性、可操作性等特點。 本文主要利用載波調(diào)制技術進行語音合成。早期的研究主要是采用參數(shù)合成方法 , 它是計算發(fā)音器官的參數(shù) , 從而對人的發(fā)音進行直接模擬。 12 圖 不同的矩形窗窗長 下短時自相關 13 第 四 章 語音合成 語音合成技術概述 語音合成技術的意義 語音合成技術涉及聲學、語言學、數(shù)字信號處理技術、多媒體技術等多個領域 , 是當今世界強國競相研究的熱門技術之一。 對兩圖分析可得:清音信號的短時自相關函數(shù)的波形不具有周期性,也沒有明顯的峰值,且隨著延時 k 的增大迅速變小,因此其接近于隨機噪聲;濁音是具有周期性的信號,濁音信號的周期為自相關函數(shù)的周期,由此可知,語音信號的性質(zhì)是濁音還是清音,如果是濁音,還可以得出它的基音周期,它的基音周期可由自相關函數(shù)波形中的第一個峰值的位置來估計。 ????? ????? mn kmnkmxmnnxkR )()()()()( ?? ( 37) 令 mnm ?? ,并且 ? ? )( mm ?? ? ,可以得到 如下式子,如( 38)所示。此外,自相關函數(shù)也可用在語音信號的線性預測分析 中。 自相關函數(shù)的上述性質(zhì),完全可以適用于語音信號的時域分析中。 ?????? ?? m kmxmxkR )()()( ( 35) 對于隨機性信號序列或周期性信號序列,自相關函數(shù)的定義 如式( 36)所示。無信號(或僅有噪聲能量)時, En值很小,有語音信號時,能量顯著增大 。 ( 2)可用于區(qū)分濁音變?yōu)榍逡艋蚯逡糇優(yōu)闈嵋舻臅r間(根據(jù) En值的變化趨勢)。 對語音信號進行短時能量函數(shù)運算,可實現(xiàn)以下三點應用: ( 1)可用于區(qū)分清音段與濁音段。 10 圖 不同矩形窗長的短時能量函數(shù) 我們知道,單詞 earth前半部分是濁音,后半部分是清音。相反,如果沖擊響應 的序列長度過于小,等效窗就不能提供出夠用的平滑,以導致語音的振幅在瞬時的變化的許多細節(jié)仍被留了下來,進而不能看出振幅包絡變化的規(guī)律,一般我們要求窗長是幾個基音周期的數(shù)量級。 短時能量的計算直接受沖擊響應的選擇即窗函數(shù)的選擇的影響。令 )(=)( 2 nωnh ( 33) 則 nE 可表示為 如式( 34)所示。特殊地,當采用矩形窗時,可簡化為 如式( 32)所示。定義短時能量為 如式( 31)所示。其中清音段(以清音為主要成份的語音段),其能量比濁音段小得多 [10]。 圖 基于 PC 機的語音采集過程 Windows自帶錄音機 語音 麥克風 聲卡 濾波 采樣 A/D轉換 WAV 9 第三章 語音信號的分析 語音信號的短時能量分析 一定時寬的語音信號,其能量的大小隨時間有明顯的變化。 利用 Windows 錄音器采集語音信號 在本次設計中,可以利用 Windows 自帶的 錄音機錄制語音文件,圖 是基于 PC 機的語音信號采集過程,聲卡可以完成語音波形的 A/D 轉換,獲得 WAV 文件,為后續(xù)的處理儲備原材料。這種防混疊濾波通常與模數(shù)轉換器做在一個集成塊內(nèi),因此目前來說,語音信號的數(shù)字化的質(zhì)量還是有保證的。具體振值用舍入法歸到靠近的量化電平上。量化是對幅值進行離散化,即將 振動幅值用二進制量化電平來表示。采樣頻率過低,采樣點間隔過遠,則離散信號不足以反映原有信號波形特征,無法使信號復原,造成信號混淆。 一般而言,采樣頻率越高,采樣點數(shù)就越密,所得離散信號就越逼近于原信號。 在采樣的過程中應注意采樣間隔的選擇和信號混淆:對模擬信號采樣首先要確定采樣 8 間隔。采樣也稱抽樣,是信號在時間上的離散化,即按照一定時間間隔 △ t 在模擬信號 x(t)上逐點采取其瞬時值。當使用要求較高或很高的場合時 Hf = 4500Hz或 8000Hz、 Lf = 60Hz、 sf = 10kHz或 20kHz。 圖 語音信號時域圖 7 圖 語音信 號頻域分析 語音信號的采集 語音信號的量化編碼采樣 在將語音信號進行數(shù)字化前,必須先進行防混疊預濾波,預濾波的目的有兩個,一是抑制輸入信導各領域分量中頻率超出 sf /2 的所有分量 ( sf 為采樣頻率 ),以防止混疊干擾;二是抑制 50Hz 的電源工頻干擾。利用這個特點,可以按 8kHz 的采樣率對語音信號進行采樣,得到離散的語音信號。 6 在時域內(nèi),語音信號具有 “ 短時性 ” 的特點,即在總體上,語音信號的特征是隨著時間而變化的,但在一段較短的時間間隔內(nèi),語音信號保持平穩(wěn)。總之,對于語音信號進行分析處理, MATLAB 軟 件是當今比較高效的平臺。另外,通過利用 MATLAB 編程可以對語音信號進行各種處理。 同時,通過 MATLAB 可以對數(shù)字化的語音信號進行估計和判別。通過 MATLAB可以對數(shù)字化的語音信號進行時頻域分析,方便地展現(xiàn)語音信號的時域及頻域曲線,并且根據(jù)語音的特性對語音進行分析。 MATLAB 的應用范圍非常廣,包括信號和 圖像處理 、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、 財務建模 和分析以及計算 生物 學等眾多應用 領域 。 實現(xiàn)平臺 MATLAB 介紹 MATLAB 軟件基本介紹 MATLAB 產(chǎn)生于 1982 年,是一種效率高、功能強的數(shù)值計算和可視化計算機高級語言,它將信號處理、數(shù)值分析和圖形顯示結合一體,形成了一個極其方便又強大的操作環(huán)境,為科學研究、工程設計以及必須進行有效 數(shù)值計算 的眾多科學 領域 提供了一種全面的解決方案,并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式 程序設計語言 的編輯模式,代表了當今國際科學計算軟件的先進水平 [7]。無論采樣頻率如何,理論上來說采樣的位數(shù)決定了音頻數(shù)據(jù)最大的力度,每增加一個采樣位數(shù)相當于力度范圍增加了 6dB,采樣位數(shù)越多則捕捉到的信號越精確,對于采樣率來說你可以想象它類似于一個照相機, 著音頻流進入計算機時計算機每秒會對其拍照達 441000 次。 采樣位數(shù)與采樣頻率的關系。采樣頻率與聲音頻率之間有一定的關系,根據(jù)奈奎斯特理論,只有采樣頻率高于聲音信號最高頻率的兩倍時,才能把數(shù)字信號 表示的聲音還原成為原來的聲音。采樣頻率是指計算機每秒鐘采樣多少個聲音樣本,是描述聲音文件的音質(zhì)、音調(diào),衡量聲卡、聲音文件的質(zhì)量標準。采樣位數(shù)即采樣值或取樣值,用來衡量聲音波動變化的參數(shù),是指聲卡在采集和播放聲音文件時所使用數(shù)字聲音信號的二進制位數(shù)。采樣定理又稱奈奎斯特定理。 語音信號處理理論依據(jù) 采樣定理。這樣,對于整體的語音信號來講,分析出的是由每一幀特征參數(shù)組成的特征參數(shù)時間序列 [4]。但是,由于不同的語音是由人的口腔肌肉運動構成聲道某種形狀而產(chǎn)生的響應,而這種口腔肌肉運動相對于語音頻率來說是非常緩慢的,所以從另一方面看,雖然語音倍號具有時 變特性,但是在一個短時間范圍內(nèi) (一般認為在 10~ 30ms 的短時間內(nèi) ),其特性基本保持不變即相對穩(wěn)定,因 此 可以將其看作是一個準穩(wěn)態(tài)過程,即語音信號具有短時平穩(wěn)性。 貫穿于語音分析全過程的是 “短時分析技術” 。而且,語音合成的音質(zhì)好壞,語音識別率的高低,也都取決于對語音信號分析的準確性和精確性。綜觀語言合成技術的研究,語音合成發(fā)展方向為提高合成語音的自然度、豐富合成語音的表現(xiàn)力、降低語音合成技術的復雜度等。本文關于語音信號處理方面主要研究了語音合成。機器完全模仿人的生理過程,分別應用了特別設計的哨和軟管模擬肺部空氣動力和口腔。 語音合成技術。 20 世紀 60 年代末單語音識別的研究取得實質(zhì)性進展,并將其作為一個重要的課題。 語音識別技術。到20 世紀 70 年代,國際電聯(lián)于 1972 年發(fā)布了 64kbit/s 脈沖編碼調(diào)制( PCM)語音編碼算法的 建議,它被廣泛應用于數(shù)字交換機、數(shù)字通信等領域,從而占據(jù)統(tǒng)治地位。語音編碼的目的就是在 保證一定語音質(zhì)量的前提下,盡可能降低編碼比特率來節(jié)省頻率資源。現(xiàn)在語音信號可分為三個主要分支,即語音編碼,語音識別和語音合成技術 [10]。隨著計算機的出現(xiàn),語音分析技術可以在計算機上進行。它可以讓你把語音的時變頻譜用語圖表示出來,得到一個 “ 可見的語言 ” 。 1939 年 Homer Dudley 提出并研制成功第一個聲碼器,奠定了語音 產(chǎn)生模型的基礎,其在語音信號處理領域具有劃時代的意義。這些人造的語言擁有詞匯,語法,語法結構和語義內(nèi)容等。語音信號處理目的是得到一些語音特征參數(shù),以便高效的傳輸或存儲,或通過某種處理以達到特定目的,如語音合成,辨識出講話者、識別出講話的內(nèi)容等。與認知科學、心理學、語言學、計算機科學、模式識別和人工智能學科有著密切的聯(lián)系。數(shù)字電話通信、高音質(zhì)的窄帶語音通信系統(tǒng)、智能機器人、聲控打字機、語言學習機、自動翻譯機等,都要用到語音信號處理技術,隨著現(xiàn)在集成電路和微電子技術的飛速發(fā)展,語音信號處理系統(tǒng)逐步走向實用化 [1]。 voice synthesis 1 引 言 人類交換信息最方便的、最快捷的一種方式是語言。 MATLAB。 本文通過應用 MATLAB 對語音信號進行處理仿真,包括短時能量分析、短時自相關分析 等特性分析,以及語音合成 等。通過 MATLAB 可以對數(shù)字化的語音信號進行時頻域分析,方便地展現(xiàn)語音信號的時域及頻域曲線,并且根據(jù)語 音的特性對語音進行分析。 語音信號處理的研究,對于機器語言、語音識別、語音合成等領域都具有很大的意義。 23 附 錄 參考文獻 22 致 謝 1 第一章 語音信號處理基本知識與仿真環(huán)境介紹 I Abstract 目 錄 摘 要 II 引 言 3 語音信號處理基本知識 .................................................................................................. 3 語音信號分析技術 ........................................................................................................ 3 語音信號處理理論依據(jù) ....................................
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