【正文】 成功，該技術(shù)后來在語音信號(hào)處理的多個(gè)方面獲得巨大成功；20世紀(jì)70年代未，Linda、Buzo、Gray和Markel等人首次解決了矢量量化(VQ)碼書生成的方法，并首先將矢量量化技術(shù)用于語音編碼獲得成功。因此，20世紀(jì)80年代開始出現(xiàn)的語音信號(hào)處理技術(shù)產(chǎn)品化的熱溯，與上述語音信號(hào)處理新技術(shù)的推動(dòng)作用是分不開的。其中，隱馬爾可夫模型作為語音信號(hào)的一種統(tǒng)計(jì)模型，在語音信號(hào)處理的各個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。由于美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Babiner等人在20世紀(jì)80年代中期，對(duì)隱馬爾可夫模型深人淺出的介紹，才使世界各國(guó)從事語音信號(hào)處理的研究人員了解和熟悉，進(jìn)而成為一個(gè)公認(rèn)的研究熱點(diǎn)，也是目前語音識(shí)別等的主流研究途徑。其中，語音識(shí)別逐漸由實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱没?。另一方面，為了語音識(shí)別實(shí)用化的需要，講者自適應(yīng)、聽覺模型、快速搜索識(shí)別算法以及進(jìn)一步的語言模型的研究等課題倍受關(guān)注。本論文針對(duì)以上問題，運(yùn)用數(shù)字信號(hào)學(xué)基本原理實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)的處理，幅頻變換以及傅里葉變換、濾波等技術(shù)來進(jìn)行語音信號(hào)處理。要求學(xué)生錄制一段自己的語音信號(hào)后，在MATLAB軟件中采集語音信號(hào)、回放語音信號(hào)并畫出語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖；對(duì)所采集的語音信號(hào)加入干擾噪聲，對(duì)加入噪聲的信號(hào)進(jìn)行播放，并進(jìn)行時(shí)域和頻譜分析；對(duì)比加噪前后的時(shí)域圖和頻譜圖，分析討論采用什么樣的濾波器進(jìn)行濾除噪聲。硬件環(huán)境：① 處理器：Inter Pentium 166 MX 或更高② 內(nèi)存：512MB或更高③ 硬盤空間：40GB或更高④ 顯卡：SVGA顯示適配器軟件環(huán)境：操作系統(tǒng)：Window 98/ME/2000/XP 開發(fā)環(huán)境 開發(fā)環(huán)境主要介紹了本系統(tǒng)采用的操作系統(tǒng)、開發(fā)語言。與早期計(jì)算機(jī)使用的命令行界面相比，圖形界面對(duì)于用戶來說在視覺上更易于接受。通過對(duì)大量語音信號(hào)的觀察和分析發(fā)現(xiàn)，語音信號(hào)主要有下面兩個(gè)特點(diǎn)：(1)在頻域內(nèi)，語音信號(hào)的頻譜分量主要集中在300～3400Hz的范圍內(nèi)。 (2)在時(shí)域內(nèi)，語音信號(hào)具有“短時(shí)性”的特點(diǎn)，即在總體上，語音信號(hào)的特征是隨著時(shí)間而變化的，但在一段較短的時(shí)間間隔內(nèi)，語音信號(hào)保持平穩(wěn)。下面是一段語音信號(hào)的時(shí)域波形圖(圖21)和頻域圖(圖22)，由這兩個(gè)圖可以看出語音信號(hào)的兩個(gè)特點(diǎn)。在將語音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化前，必須先進(jìn)行防混疊預(yù)濾波，預(yù)濾波的目的有兩個(gè)：①抑制輸入信導(dǎo)各領(lǐng)域分量中頻率超出fs/2的所有分量(fs為采樣頻率)，以防止混疊干擾。這樣，預(yù)濾波器必須是一個(gè)帶通濾波器，設(shè)其上、下截止顏率分別是fH和fL，則對(duì)于絕大多數(shù)語音編譯碼器，fH=3400Hz、fL＝60~100Hz、采樣率為fs＝8kHz；而對(duì)丁語音識(shí)別而言，當(dāng)用于電話用戶時(shí)，指標(biāo)與語音編譯碼器相同。為了將原始模擬語音信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，必須經(jīng)過采樣和量化兩個(gè)步驟，從而得到時(shí)間和幅度上均為離散的數(shù)字語音信號(hào)。采樣時(shí)必須要注意滿足奈奎斯特定理，即采樣頻率fs必須以高于受測(cè)信號(hào)的最高頻率兩倍以上的速度進(jìn)行取樣，才能正確地重建波它是通過采樣脈沖和模擬信號(hào)相乘來實(shí)現(xiàn)的。 采樣頻率500HZ情況下的頻譜圖對(duì)上述信號(hào)進(jìn)行1/80采樣頻率抽取，即采樣頻率變?yōu)閷⒔?00Hz時(shí)，由于采樣頻率比較小，所以采樣點(diǎn)數(shù)就稀疏，所得離散信號(hào)就越偏離于原信號(hào)，頻譜也發(fā)生了混疊。在實(shí)際工作中，我們可以利用windows自帶的錄音機(jī)錄制語音文件，聲卡可以完成語音波形的A/D轉(zhuǎn)換，獲得WAVE文件，為后續(xù)的處理儲(chǔ)備原材料。Windows自帶的錄音機(jī)聲音麥克風(fēng)聲卡濾波采樣A/D轉(zhuǎn)換 Wav 基于PC機(jī)的語音信號(hào)采集過程采集到語音信號(hào)之后，需要對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分析，如語音信號(hào)的時(shí)域分析、頻譜分析、語譜圖分析以及加噪濾波等處理。2） 語音信號(hào)的處理語音信號(hào)的處理主要包括信號(hào)的提取、信號(hào)的調(diào)整、信號(hào)的變換和濾波等。在語音編碼、語音合成、語音識(shí)別和語音增強(qiáng)等語音處理中無一例外需要提取語音中包含的各種信息。語音信號(hào)分析可以分為時(shí)域和變換域等處理方法，其中時(shí)域分析是最簡(jiǎn)單的方法，直接對(duì)語音信號(hào)的時(shí)域波形進(jìn)行分析，提取的特征參數(shù)主要有語音的短時(shí)能量，短時(shí)平均過零率，短時(shí)自相關(guān)函數(shù)等。調(diào)整：在設(shè)計(jì)的用戶圖形界面下對(duì)輸入的音頻信號(hào)進(jìn)行各種變化，如變化幅度、改變頻率等操作，以實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的調(diào)整。因?yàn)閷?duì)于線性系統(tǒng)來說，可以很方便地確定其對(duì)正弦或復(fù)指數(shù)和的響應(yīng)，所以傅立葉分析方法能完善地解決許多信號(hào)分析和處理問題。由于語音信號(hào)是隨著時(shí)間變化的，通常認(rèn)為，語音是一個(gè)受準(zhǔn)周期脈沖或隨機(jī)噪聲源激勵(lì)的線性系統(tǒng)的輸出。聲道系統(tǒng)的頻率響應(yīng)及激勵(lì)源都是隨時(shí)間變化的，因此一般標(biāo)準(zhǔn)的傅立葉表示雖然適用于周期及平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)的表示，但不能直接用于語音信號(hào)。 變換：在用戶圖形界面下對(duì)采集的語音信號(hào)進(jìn)行Fourier等變換，并畫出變換前后的頻譜圖和變換后的倒譜圖。 語音信號(hào)的效果顯示通過用戶圖形界面的輸出功能，將處理后的信號(hào)的語音進(jìn)行播放，試聽處理后的效果。 信號(hào)調(diào)整信號(hào)調(diào)整幅度調(diào)整頻率調(diào)整 信號(hào)的濾波采用了四種濾波方式，來觀察各種濾波性能的優(yōu)缺點(diǎn)：信號(hào)濾波切比雪夫—I型低通濾波橢圓數(shù)字帶通濾波切比雪夫—Ⅱ型帶阻濾波切比雪夫—Ⅱ型高通濾波 語音信號(hào)濾波的方式在以上三圖中，可以看到整個(gè)語音信號(hào)處理系統(tǒng)的流程大概分為三步，首先要讀入待處理的語音信號(hào)，然后進(jìn)行語音信號(hào)的處理，包括信息的提取、幅度和頻率的變換以及語音信號(hào)的傅里葉變換、濾波等；濾波又包括低通濾波、高通濾波、帶通濾波和帶阻濾波等方式。以上是本系統(tǒng)的工作流程，本文將從語音信號(hào)的采集開始做詳細(xì)介紹。在20世紀(jì)70年代，提出用離散傅里葉變換（DFT）實(shí)現(xiàn)多載波調(diào)制，為語音信號(hào)的實(shí)用化奠定了理論基礎(chǔ)；從此以后，語音信號(hào)在移動(dòng)通信中的應(yīng)用得到了迅猛的發(fā)展。IFFT變換與IDFT變換的作用相同，只是有更高的計(jì)算效率，所以適用于所有的應(yīng)用系統(tǒng)。由于FFT操作類似于IFFT，因此發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以使用同一硬件設(shè)備。串/并去除循環(huán)前綴定時(shí)和頻率同步RF RXADC解碼解交織信道正交數(shù)字解調(diào)并串變換RF TX加入循環(huán)前綴并/串DAC編碼交織插入倒頻數(shù)字調(diào)制串并變換IFFTFFT 系統(tǒng)收發(fā)機(jī)的典型框圖接收端進(jìn)行發(fā)送相反的操作，將射頻（RF，Radio Frequency）信號(hào)與基帶信號(hào)進(jìn)行混頻處理，并用FFT變換分解頻域信號(hào)。IFFT和FFT互為反變換，選擇適當(dāng)?shù)淖儞Q將信號(hào)接收或發(fā)送。3 語音信號(hào)處理基本知識(shí) 語音的錄入與打開在MATLAB中，[y,fs,bits]=wavread(39。,[N1 N2])。[N1 N2]表示讀取從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值（若只有一個(gè)N的點(diǎn)則表示讀取前N點(diǎn)的采樣值）。 用于對(duì)聲音的回放。 采樣位數(shù)和采樣頻率采樣位數(shù)即采樣值或取樣值，用來衡量聲音波動(dòng)變化的參數(shù)，是指聲卡在采集和播放聲音文件時(shí)所使用數(shù)字聲音信號(hào)的二進(jìn)制位數(shù)。采樣位數(shù)和采樣率對(duì)于音頻接口來說是最為重要的兩個(gè)指標(biāo)，也是選擇音頻接口的兩個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。每增加一個(gè)采樣位數(shù)相當(dāng)于力度范圍增加了6dB。對(duì)于采樣率來說你可以想象它類似于一個(gè)照相機(jī)。語音信號(hào)是一種非平穩(wěn)的時(shí)變信號(hào)，它攜帶著各種信息。語音信號(hào)分析的目的就在與方便有效的提取并表示語音信號(hào)所攜帶的信息。 時(shí)域信號(hào)的FFT分析FFT即為快速傅氏變換，是離散傅氏變換的快速算法，它是根據(jù)離散傅氏變換的奇、偶、虛、實(shí)等特性，對(duì)離散傅立葉變換的算法進(jìn)行改進(jìn)獲得的。函數(shù)FFT用于序列快速傅立葉變換，其調(diào)用格式為y=fft(x)，其中，x是序列，y是序列的FFT，x可以為一向量或矩陣，若x為一向量，y是x的FFT且和x相同長(zhǎng)度；若x為一矩陣，則y是對(duì)矩陣的每一列向量進(jìn)行FFT。函數(shù)FFT的另一種調(diào)用格式為y=fft(x,N)，式中，x，y意義同前，N為正整數(shù)。 數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)原理數(shù)字濾波器分為FIR數(shù)字濾波器和IIR數(shù)字濾波器兩種，即有限沖激響應(yīng)濾波器（FIR，F(xiàn)inite Impulse Response）濾波器和無線沖激響應(yīng)（IIR，Infinite Impulse Response）濾波器。系統(tǒng)單位沖激響應(yīng)在有限個(gè)n值處不為零。故只能用較高的階數(shù)達(dá)到高的選擇性。FIR數(shù)字濾波器具有系統(tǒng)穩(wěn)定，易實(shí)現(xiàn)相位控制，允許設(shè)計(jì)多帶通濾波器等優(yōu)點(diǎn)。 IIR數(shù)字濾波器的特點(diǎn)：電位沖激響應(yīng)h(n)是無限長(zhǎng)的；系統(tǒng)函數(shù)H(z)在有限z平面上（0 |z|∞）有極點(diǎn)存在；結(jié)構(gòu)上存在著輸出到輸入的反饋，也就是結(jié)構(gòu)上是遞歸型的。 IIR數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)也有四種： 直接I型；直接II型—典范型；級(jí)聯(lián)型；并聯(lián)型。數(shù)字濾波器可以理解為是一個(gè)計(jì)算程序或算法，將代表輸入信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列轉(zhuǎn)化為代表輸出信號(hào)的數(shù)字時(shí)間序列，并在轉(zhuǎn)化過程中，使信號(hào)按預(yù)定的形式變化。從性能上來說，IIR濾波器傳輸函數(shù)的極點(diǎn)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(jì)而效率高。選擇性越好，則相位非線性越嚴(yán)重。整體來看，IIR濾波器達(dá)到同樣效果階數(shù)少，延遲小，但是有穩(wěn)定性問題，非線性相位；FIR濾波器沒有穩(wěn)定性問題，線性相位，但階數(shù)多，延遲大。因?yàn)閷?duì)于線性系統(tǒng)來說，可以很方便地確定其對(duì)正弦或復(fù)指數(shù)和的響應(yīng)，所以傅立葉分析方法能完善地解決許多信號(hào)分析和處理問題。由于語音信號(hào)是隨著時(shí)間變化的，通常認(rèn)為，語音是一個(gè)受準(zhǔn)周期脈沖或隨機(jī)噪聲源激勵(lì)的線性系統(tǒng)的輸出。聲道系統(tǒng)的頻率響應(yīng)及激勵(lì)源都是隨時(shí)間