基于MATLAB语音分析处理系统设计开题报告.doc

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安徽工程大学

本科毕业设计（论文）开题报告

题目：

基于MATLAB的语音分析处理系统设计

课题类型：

设计□实验研究□论文√

学生姓名：

学号：

专业班级：

教学单位：

指导教师：

开题时间：

2014年1月18日

一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）

1、设计内容

本论文主要介绍的是的语音信号的简单处理。

本论文针对以上问题，运用数字信号学基本原理实现语音信号的处理，在matlab7.0环境下综合运用信号提取，幅频变换以及傅里叶变换、滤波等技术来进行语音信号处理。

我所做的工作就是在matlab7.0软件上编写一个处理语音信号的程序，能对语音信号进行采集，并对其进行各种处理，达到简单的语音信号处理的目的。

本论文主要是在MATLAB应用软件下设计一个简单易用的语音处理软件，来解决一般应用条件下的各种语音处理。

主要研究内容：

1）语音信号的采集

使用电脑设备采集一段语音信号，

2）语音信号的处理

语音信号的处理主要包括信号的提取、信号的调整、信号的变换和滤波等。

提取：

通过电脑的设备输入一段音频信号到设计的软件，完成音频信号的频率，幅度等信息的提取。

调整：

在设计的操作界面下对输入的音频信号进行如变化幅度、改变频率等操作，实现对语音信号的调整。

变换：

在操作界面下对信号进行Fourier等变换。

滤波：

滤除语音信号中的不希望存在的部分。

3）语音信号的效果显示

2．研究意义

语音，作为一种典型的非平稳随机信号，是人类交流信息最自然、最有效、最方便的手段，在人类文明和社会进步中起着重要的作用。

随着电子通信业的出现和计算机技术的发展，人们开始可以从数字信号处理的角度来了解语音。

语音信号的研究可以从时域和频域两个方面来进行。

其中时域的分析处理有两种方法：

一种是进行语音信号分析，这属于线性处理的范畴，主要是通过信号的加减、时移、倍乘、卷积、求相关函数等来实现；另一种是生成和变换成各种调制信号，这属于非线性的范畴，主要是对信号平均累加器的动态范围进行压缩扩张，用门限方法对噪声的抑制。

对频域分析处理，即对信号的频率特性在频谱中加以分析研究，这拓展了信号分析的范围，是对不确定信号分析的主要方法。

随着计算机技术和信息技术的发展，语音交互已经成为人机交互的必要手段，而语音信号的采集和处理是人机交互的前提和基础。

声卡是计算机对语音信号进行加工的重要部件，它具有对信号滤波、放大、采样保持、A／D和D／A转换等功能。

尽管在Windows附件的娱乐中带有一个录音机，通过它可以驱动声卡采集语音信号并保存为语音文档。

但是要对采集的信号进一步分析处理就必须另外编程或通过其它软件，而且Windows附件中的录音机功能极其有限且不能扩展。

Matlab是美国MathWorks公司推出的一种面向工程和科学计算的交互式计算软件，它以矩阵运算为基础，把计算、可视化、程序设计融合到了一个简单易用的交互式工作环境中。

在Matlab环境中，可以通过多种编程方法驱动声卡，实现对语音信号的采集和回放。

同时由于Matlab是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。

作为高科技应用领域的研究热点，语音信号处理技术从理论的研究到实际应用已经走过了几十个春秋并且取得了长足的进步。

它正在直接与办公、交通、金融、保安、商业、旅游等行业的语音咨询与管理等各种实际应用领域相接轨。

可见，语音信号处理技术的研究将是一项挑战性的工作。

本设计针对现在大部分语音处理软件内容繁多、操作不便等问题，采用MATLAB7.0综合运用GUI界面设计、各种函数调用等来实现语音信号的变频、变幅、fourier变换及滤波，程序界面简练，操作简便，具有一定的实际应用意义。

二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势

1.语音信号处理现状

20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。

随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：

进入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术—矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大发展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。

近年来人工神经网络（ANN）的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中。

2语音信号处理趋势

随着信息技术的不断发展，尤其是网络技术的日益普及和完善，语音信号处理技术正发挥着越来越重要的作用，并且出现了一些新的方向。

（1）基于语音的信息检索。

随着网络技术及数字图书馆技术的发展，针对于传统的基于文本信息的检索技术，基于语音识别的信息检索技术正成为当今的研究热点。

（2）基于语音识别的广播新闻的自动文摘技术的研究。

由于广播、电视中的发音较为标准规范，识别中避免了说话人发音的不规范，有利于语音识别系统性能的提高。

（3）VOIP技术。

它是通过TCP/IP网络，而不是传统的电话网络来传输语音的新的通信方式，通常称为IP电话技术。

它是网络上对压缩的语音数据以及数据包的形式进行传输和识别。

随着手机、PDA等移动电子设备的发展，嵌入式语音识别算法的研究已逐渐成为研究的热点。

（4）语音训练与校正技术也是近年来语音信号处理的一个重要方向。

现在越来越多的人希望掌握其他非母语语言，以便方便的进行交流。

因此语言学习机已成为当今外语学习者的有利工具。

主要文献

[01]于振江一种基于matlab的语音信号采集与分析系统设计（太原理工大学信息工程学院，山西太原，030024）[02]陈宇锋基于声卡和MATLAB的语音信号采集和处理（杭州师范学院浙江杭州310012）

[03]张劲松基于MATLAB的语音信号采集和分析系统的可视化设计（齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）

[04]徐靖涛王金根基于MATLAB的语音信号分析和处理（解放军炮兵学院,合肥230031）

[05]周玲基于ＭＡＴＬＡＢ的语音信号数字滤波处理（运城学院物理与电子工程系,山西运城044000）

[06]王庆龙基于声卡和MATLAB的语音信号采集系统（西华大学电气信息学院,四川成都　610039）

[07]李春泉伍军云熊殷基于MATLAB的语音信号时频域参数分析（南昌大学信息工程学院,江西南昌330031）

[08]张文　蒋猛　陈智基于MATLAB的语音信号滤波设计与实现（内江师范学院物理学与电子信息工程系,四川内江641112）

[09]井敏英，龙姝明基MATLAB的语音信号的采集与运算（陕西理工学院物理与电信工程学院，陕西汉中723000）

[10]MATLAB及在电子信息类课程中的应用（第二版）唐向宏岳恒立郑雪峰编（电子工业出版社）

[11]ArjuwanM.AbduljawadAl-Jawadi

SpeechRecognitionandRetrievingusingFuzzyLogicSystem

TechnicalCollege,FoundationofTechnical,Engineering,Mosul,Iraq

（Received21/4/2009,Accepted1/11/2009）

附录主要摘要

[01]于振江一种基于matlab的语音信号采集与分析系统设计（太原理工大学信息工程学院，山西太原，030024）

摘要：

介绍了一款基于,matlab:

的语音信号采集与分析系统，该系统通过声卡和

matlab的数据采集工具箱低成本地实现了语音信号的实时采集，并利用,matlab:

强大的数值计算和信号处理功能高精度地完成了语音信号的分析工作，具有使用方便’价格

便宜’通用性强等优点!

02]陈宇锋基于声卡和MATLAB的语音信号采集和处理（杭州师范学院浙江杭州310012）

摘要：

Matlab是一个数据分析和处理功能十分强大的工程实用软件，运用它来进行语音信号的分析、处理

和可视化相当便捷，而声卡是计算机中语音信号处理的主要硬件，文章介绍了在Matlab环境中如何驱动声卡采

集语音信号和语音信号采集后的文档处理方法，并通过实例分析了语音信号处理的Matlab。

[03]张劲松基于MATLAB的语音信号采集和分析系统的可视化设计（齐齐哈尔大学通信与电子工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）

摘要：

设计和开发了一种基于MATLAB的语音采集与分析的可视化系统，该系统通过RealtekAc'97型声卡和

MATLAB的数据采集工具箱低成本地实现了语音信号的实时采集，并利用MATLAB强大的数值计算和信号处理功能高精度地完成了语音信号的分析工作。

系统还使用MATLAB的图形用户界面设计工具进行了优化，通过简单的对话框和菜单操作取代了复杂的程序修改和调试过程，使得系统的使用更加方便灵活。

[04]徐靖涛王金根基于MATLAB的语音信号分析和处理（解放军炮兵学院,合肥230031）

摘要:

阐述用Matlab进行语音信号处理的具体步骤,从理论和实践上比较分析不同原型下设计的数字滤波器的滤波

效果。

[05]周玲基于ＭＡＴＬＡＢ的语音信号数字滤波处理（运城学院物理与电子工程系,山西运城044000）

摘　要:

对录制的语音信号进行采样,分析其时域波形和频谱图。

给定数字滤波器的性能指标,采用窗函数法和双线性变换法设计数字滤波器,并对语音信号进行滤波,得到滤波前后的信号幅频响应。

通过对比两种滤波处理结果,简单而有效地论证了两种数字滤波器在语音信号处理上的优势。

[06]王庆龙基于声卡和MATLAB的语音信号采集系统（西华大学电气信息学院,四川成都　610039）

摘　要:

　作者利用MATLAB提供的数据采集工具箱,介绍了基于声卡的数据采集系统,具有实现简单、

性价比和灵活度高的优点。

[07]李春泉伍军云熊殷基于MATLAB的语音信号时频域参数分析（南昌大学信息工程学院,江西南昌330031）

摘要:

本文针对语音信号时域、频域参数进行了系统详尽的分析，提出了一种语音信号时频域参数模块化的思路，

并利用SIMULINK实现语音信号频域实时参数分析仿真。

[08]张文　蒋猛　陈智基于MATLAB的语音信号滤波设计与实现（内江师范学院物理学与电子信息工程系,四川内江641112）

摘　要:

滤波器设计是数字信号处理的重要组成部分。

在计算机中录入一段语音信号,通过Matlab对语音信

号进行时频变换与分析,同时构造一固定频率的干扰信号,对两个信号进行合成,设计一个数字滤波器,对含噪的

的语音信号进行滤波处理,在时域和频域中对信号进行分析比较。

[09]井敏英，龙姝明基MATLAB的语音信号的采集与运算（陕西理工学院物理与电信工程学院，陕西汉中723000）

摘要：

对某一特定数字信号的运算有：

放大、衰减、沿时间轴压缩、展宽、翻转、差分运算等等，借助MATLAB完成语音信

号的采集，并以采集到的信号为研究对象，完成上述运算，体验运算效果。

SpeechRecognitionandRetrievingusingFuzzyLogicSystem

ArjuwanM.AbduljawadAl-Jawadi

TechnicalCollege,FoundationofTechnical,Engineering,Mosul,Iraq

（Received21/4/2009,Accepted1/11/2009）

Abstract

SpeechAnalysisisoneofthemostinterestingfieldsinDigitalSignalProcessinginwhichmanyresearcheshavebeendoneonitbasedondifferentmaterialstoolsandscientificprogramstoproduceananalysisthatstartfromspeechproduction,processing,codingandrecognition,Chester,F.J.TaylorandM.Doylewerethefirsttoapplytheanalysisofspeechsignal[1].Inthisresearch,femalesandmalesspeechsamplesoftheword,'Close',wereusedtobuildasysteminNeuralNetworkandFuzzyLogictorecognizethemalefromfemalespeechvoiceandcomparedbetweentheresultsofthetwosystems,thenthesystemofthefuzzylogicwasdevelopedbasedonthreefeaturesofthespeakervoicewhichareenergyvalueofthesignal,powerspectrumofthesignalandvowelsound“O”inthewordcloseinthespeech

samplestoincreaseitsabilityinrecognizinganindividualspeakerandtoincreasesystemsecurityagainstintrudersbymakingthesystemrecognizesthespeechofaonepersongivingavoiceacceptanceauthoritytothatpersonandmakeanaccessdeniedtootherstopreventaccessingthesystem.Thesystemshowsgoodresultsduringtestingoperationusingsamplesofonepersonagainstothersfemale'sandmale'ssamples.

Introduction

Thespeechsignalisahighredundantandnon-stationarysignal.Thisattributescausesthespeechsignaltobeverychallengingtowork[2].Thespeechrecognitionsystemsfallintotwocategoriesaccordingto[3]:

1.Speakerdependentsystemsthatareusedandoftentrainedbyoneperson.

2.Speakerindependentsystemsthatcanbeusedbyanyone.Ingeneral,speakerrecognitioncanbesubdividedintospeakeridentification（whoisspeaking?

）andspeakerverification（Isthespeakerwhowethinkheorsheis?

）Inaddition,speakeridentificationcanbeclosed-set（Thespeakerisalwaysoneofaclosedsetusedfortraining.）oropen-set（speakersfromoutsidethetrainingsetmay

beexamined.）.Also,eachvariantmaybeimplementedastext-depended（Thespeakermustutteroneofaclosedsetofwords.）ortext-independent（Thespeakermayutter

anytypeofspeech）asin[4].Humanspeechcanbeseparatedintotwodistinct

sections:

soundproductionandsoundshaping.Soundproductioniscausedbyairpassingacrossthevocalcords（asin"a","e",and"o"）orfromaconstructioninthevocaltract（asin"sss","p",or"sh"）.Soundproductionusingthevocalchordsiscalledvoicespeechandithasbeentakenasafeaturethatusedintrackingthevowelsoundduringspeechinmaleandfemalesamplesinmy

research;unvoicedspeechisproducedbythetongue,lips,teeth,andmouth.Insignalprocessingsound

producingiscalledexcitation.Soundshapingisacombinationofthevocaltract,theplacementofthe

tongue,lips,teethandthenasalpassages.Foreachfundamentalsoundorphoneme,ofEnglish,theshapeofthevocaltractissomewhatdifferentwhichmayleadtoadifferentsound.Insignalprocessing,soundshapingiscalledfiltering[3].MATLABprogramwasusedintheworkwhichaveryusefulprograminprocessingnonstationarysignalssuchasspeechsignalandmanysystemswasdesignedbasedonitstoolasin[5].

MaterialsandMethods

1.RecordingtheSpeechSamples

Thefirststrepintheresearchwasbuildingadatabaseofspeechsamples,thissteprequirestocollectbothfemalesandmalessamplesandanindividualvoicespeakersamplesforafemaletheselectedwordforrecordingthespeaker'svoiceswassaying,'Close',wordasthevowelsoundcanbeheardclearly.DellLaptopcomputerwasusedforrecordingthespeechsignalsforbothmalesandfemalessamplesandusingSoundRecordersoftwareofwindows（XP）andaMicrophone（Creative）modelHS-350.

2.Low-PassFilter

Itisveryimportanttouselow-passfilterbecausethe