【正文】 是介紹語音信號的采集與分析方法，通過 PC 機錄制一段聲音，通過制作圖形用戶界面 GUI，并運用 MATLAB 提供的函數(shù)進行分析，并畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖，對所采集的語音信號加入干擾噪聲，對加入噪聲的信號進行播放，并進 行時域和頻譜分析；對比加噪前后的時域圖和頻譜圖，并設(shè)計濾波器進行濾除噪聲。它包括語音編碼、語音合成、語音識別和說話人識別四大分支。人體外的聲音自不必說 (如鐘聲、風(fēng)聲、動物叫聲、機器聲 )，就是人的發(fā)音器官發(fā)出的聲音，也并非都是語言 ,如打噴嚏、打嗝兒、打哈欠、咳嗽等等，雖然也傳遞出了某種信息 ─病了，飽了，困了或是醒了，但聲音的發(fā)出不是為了交際，而是人體本能的生理反映；又如吹口哨、口技演員的表演、哭、笑等等，這些聲音的發(fā)出是有目的的，是一定的心理活動的表現(xiàn)，不是單純的生理現(xiàn)象，但聲音同意義之間沒有固定的結(jié)合關(guān)系，不能成為代表意義的聲音符號，只能表示情緒，展示技巧。 語言的聲音同它所代表的意義是相互依存的統(tǒng)一體，一方面，發(fā)音器官發(fā)出的聲音必須同意義緊密結(jié)合、成為一定意義的代表，才能成為語音；另一方面，意義必須借助聲音才能成為可被人感知、被人接受的東西，沒有聲音，意義便無法表達(dá)出來 [6]。利用這個特點，可以用一個帶通濾波器將此范圍的語音信號頻率分量提取出來，然后按一定的采樣頻率對語音信號進行 采樣，就可以得到我們想要的離散的語音信號。在濁音部分表現(xiàn)出周期信號的特征，在輕音部分表現(xiàn)出隨機的噪聲的特征 [6]。 對語音信號進行研究是一項極具市場價值和挑戰(zhàn)性的工作 ， 但在目前階段 ， 我們只能基于 MATLAB 進行分析仿真 ， 經(jīng)調(diào)試和分析 ， 系統(tǒng)是可行的 [7]。是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對 科學(xué)計算 、可視化以及交互式 程序設(shè)計 的高科技計算環(huán)境。如圖 21 所示 。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點，使 MATLAB 成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用 [9]。 1924 年奈奎斯特 (Nyquist)就推導(dǎo)出在理想低通信道的最高大碼元傳輸速率的公式 :想低通信道的最高大碼元傳輸速率 =2W*log2 N (其中 W 是理想低通信道的帶寬 ,N 是電平強度 ) 采樣頻率 采樣頻率（也稱為采樣速度或者 采樣率 ）定義了每秒 從連續(xù)信號中提取并組成離散信號的采樣個數(shù)，它用赫茲（ Hz）來表示。采樣頻率只能用于周期性采樣的采樣器，對于非周期性采樣的采樣器沒有規(guī)則限制。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)。Blip39。用于讀取語音，采樣值放在向量 y中，fs 表示采樣頻率 (Hz)， bits 表示采樣位數(shù)。 sound(x,fs,bits)。向量 x 則就代表了一個信號（也即一個復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說可以像處理一個信號表達(dá)式一樣處理這個聲音信號 [11]。 在 MATLAB 的信號處理工具箱中函數(shù) FFT 和 IFFT 用于快速傅立葉變換和逆變換。如果 x長度是 2 的冪次方，函數(shù) fft 執(zhí)行高速基－ 2FFT 算陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 6 法，否則 fft 執(zhí)行一種混合基的離散傅立葉變換算法，計算速度較慢。函數(shù)執(zhí)行 N 點的 FFT，若 x 為向量且長度小于 N，則函數(shù)將 x補零至長度 N；若向量 x的長度大于 N，則函數(shù)截短 x使之長度為 N；若 x 為矩陣，按相同方法對 x 進行處理。從廣義上講，語音信號的頻域分析包括語音信號的頻譜、功率譜、倒頻譜、頻譜包絡(luò)分析等，而常用的頻域分析方法有帶通濾波器組法、傅里葉變 換法、線件預(yù)測法等幾種。因為語音波是一個非平穩(wěn)過程，因此適用于周期、瞬變或平穩(wěn)隨機信號的標(biāo)準(zhǔn)傅里葉變換不能用來直接表示語音信號，而應(yīng)該用短時傅里葉變換對語音信號的頻譜進行分析，相應(yīng)的頻譜稱為“短時譜 ”。在信號的過濾、檢測和參數(shù)的估計等方面，經(jīng)典數(shù)字濾波器是使用最廣泛的一種線性系統(tǒng)。 數(shù)字濾波器的設(shè)計步驟 不論是 IIR 濾波器還是 FIR 濾波器的設(shè)計都包括三個步驟 [13]： a）按照實際任務(wù)的要求，確定濾波器的性能指標(biāo)。根據(jù)不同的要求可以用 IIR 系統(tǒng)函數(shù)，也可以用 FIR 系統(tǒng)函數(shù)去逼近。 IIR 濾波器與 FIR濾波 器的性能比較 FIR:Finite Impulse response，有限沖擊響應(yīng) IIR:Infinite Impulse response，無限沖擊響應(yīng) 從性能上來說， IIR 濾波器傳輸函數(shù)的極點可位于單位圓內(nèi)的任何地方，因此可用較低的階數(shù)獲得高的選擇性，所用的存貯單元少，所以經(jīng)濟而效率高。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。 系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計 圖形用戶界面（ GUI）制作 在 本設(shè)計采用 GUIDE 的方法制作 GUI。 b） 選擇 Blank GUI 選項條，單擊 OK， 就會生成 一個空白 GUI 模板生成 c） 拖拉白色框的右下角調(diào)整界面大小，現(xiàn)在就可以開始設(shè)計 GUI 功能界面了。本設(shè)計主要用到坐標(biāo)系和按鈕，現(xiàn)分別介紹。 將控件在指定位置添加，按鈕的標(biāo)簽字符由 String 控制，返回由 Value 控制。在按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 view callbacks→callback 即可在 M文件中找到該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置。 b） 坐標(biāo)系設(shè)計： 只有在圖形用戶界面中添加坐標(biāo)控件后，才能接受有關(guān)的圖形信息，該空間對象的屬性與坐標(biāo)軸對象的屬性完全相同。 本次畢業(yè)論文所需要的最終圖形用戶界面如圖 31 所示。 在“打開信號”的按鈕上 單擊鼠標(biāo)右鍵選擇 view callbacks→ callback，找到M 文件中該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置，然后編寫相應(yīng)的功能函數(shù)。 global X。 global angX。畢設(shè)語音 .wav39。 [filename,pathname]=uigetfile(H,39。)。 I=wavread(file)。 magX=abs(X)。 plot(I)。原始信號波形 39。 點擊此按鈕后，會出現(xiàn)原始信號的波形。 在“聲音播放”按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇 view callbacks→ callback，找到 M文件中該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置，然后編寫該按鈕相應(yīng)功能函數(shù)。 sound (I)。 語音信號幅度、頻譜和相位的波形 。功能函數(shù)具體如下： function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles) global I。 global magX。%定義全局變量 X=fft(I,4096)。 angX=angle(X)。 title(39。)。功能函數(shù)具體如下： 語音信號采集與分析 9 function pushbutton4_Callback(hObject, eventdata, handles) global I。 global magX。%定義全局變量 X=fft(I,4096)。 angX=angle(X)。 title(39。)。功能函數(shù)具體如下 ： function pushbutton5_Callback(hObject, eventdata, handles) global I。 global magX。%定義全局變量 X=fft(I,4096)。 angX=angle(X)。 title(39。)。 在“定點分析”按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇 view callbacks→ callback，在 M文件中找到該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置，然后在該按鈕下的回調(diào)函數(shù)位置編寫功能函數(shù)。畢設(shè)語音 .wav39。%打開信號 sound(x)。N=128。%傅立葉變換 magy=abs(y)。*fs/length(y)。plot(f,magy)。頻率（ Hz） 39。ylabel(39。)。N=128(a)39。grid%給圖片添加題目說明 subplot(222)。 xlabel(39。)。幅值 39。 title(39。)。N=1024。 magy=abs(y)。*fs/length(y)。plot(f,magy)。頻率（ Hz） 39。ylabel(39。)。N=1024(c)39。grid subplot(224)。 xlabel(39。)。幅值 39。 title(39。)。 在信號高斯加噪這一塊 點擊 按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵選擇view callbacks→ callback，在 M文件中找到該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置，然后在該按鈕下的回調(diào)函數(shù)位置編寫功能函數(shù)。%語音信號采樣頻率為 22050 x1=wavread(39。)。 y1=fft(x1,1024)。 x2=randn(1,length(x1))。 figure(1) plot(x2)%做原始語音信號的時域圖形 title(39。)。time(s)39。 ylabel(39。)。state39。 m=randn(size(x1))。 sound(x2,22050)。figure(2) plot(t,x2) title(39。)。time n39。ylabel(39。)。 plot(f,abs(y1(1:512)))。原始語音信號頻譜 39。 xlabel(39。)。幅值 39。 subplot(2,1,2)。 title(39。)。Hz39。ylabel(39。)。 wavwrite(x2,Fs,Nbits,39。)。 信號的 FIR 及波形的顯示 。功能函數(shù)具體如下： global s。 %定義全局變量 global magZ。 b=1。 z=filter(a,b,s)。 %設(shè)計 FIR 濾波器 magZ=abs(Z)。 sound(z)。title(39。)。功能函數(shù)具體如下： global s。 %定義全局變量 global magZ。 b=1。 z=filter(a,b,s)。%設(shè)計 FIR 濾波器 magZ=abs(Z)。 sound(z)。title(39。)。功能函數(shù)具體如下： global s。 %定義全局變量 global magZ。 b=1。 z=filter(a,b,s)。 %設(shè)計 FIR 濾波器 magZ=abs(Z)。 sound(z)。title(39。)。功能函數(shù)具體如下： global s。 %定義全局變量 global magZ。 b=1。 陜西科技大學(xué)畢業(yè) 論文 12 z=filte