语音信号处理课程设计Word文档格式.docx
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2．1实验目的
信号的傅立叶表示在信号的分析与处理中起着重要的作用。
因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。
另外，傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更深入地说明信号的各项红物理现象。
由于语音信号是随着时间变化的，通常认为，语音是一个受准周期脉冲或随机噪声源激励的线性系统的输出。
输出频谱是声道系统频率响应与激励源频谱的乘积。
声道系统的频率响应及激励源都是随时间变化的，因此一般标准的傅立叶表示虽然适用于周期及平稳随机信号的表示，但不能直接用于语音信号。
由于语音信号可以认为在短时间内，近似不变，因而可以采用短时分析法。
本实验要求掌握傅里叶分析原理，会利用已学的知识，编写程序估计短时谱、倒谱，画出语谱图，并分析实验结果，在此基础上，借助频域分析方法所求得的参数分析语音信号的基音周期或共振峰。
2．2实验原理
1、短时傅立叶变换
由于语音信号是短时平稳的随机信号，某一语音信号帧的短时傅立叶变换的定义为：
（2.1）
其中w（n-m）是实窗口函数序列，n表示某一语音信号帧。
令n-m=k'
，则得到
（2.2）
于是可以得到
（2.3）
假定
（4）
则可以得到
（5）
同样，不同的窗口函数，将得到不同的傅立叶变换式的结果。
由上式可见，短时傅立叶变换有两个变量：
n和ω，所以它既是时序n的离散函数，又是角频率ω的连续函数。
与离散傅立叶变换逼近傅立叶变换一样，如令ω=2πk/N，则得离散的短时傅立叶吧如下：
（6）
2、语谱图
水平方向是时间轴，垂直方向是频率轴，图上的灰度条纹代表各个时刻的语音短时谱。
语谱图反映了语音信号的动态频率特性，在语音分析中具有重要的实用价值。
被成为可视语言。
语谱图的时间分辨率和频率分辨率是由窗函数的特性决定的。
时间分辨率高，可以看出时间波形的每个周期及共振峰随时间的变化，但频率分辨率低，不足以分辨由于激励所形成的细微结构，称为宽带语谱图；
而窄带语谱图正好与之相反。
宽带语谱图可以获得较高的时间分辨率，反映频谱的快速时变过程；
窄带语谱图可以获得较高的频率分辨率，反映频谱的精细结构。
两者相结合，可以提供带两与语音特性相关的信息。
语谱图上因其不同的灰度，形成不同的纹路，称之为“声纹”。
声纹因人而异，因此可以在司法、安全等场合得到应用。
3、复倒谱和倒谱
复倒谱
是x（n）的Z变换取对数后的逆Z变换，其表达式如下:
（7）
倒谱c（n）定义为x（n）取Z变换后的幅度对数的逆Z变换，即
（8）
在时域上，语音产生模型实际上是一个激励信号与声道冲激响应的卷积。
对于浊音，激励信号可以由周期脉冲序列表示；
对于清音，激励信号可以由随机噪声序列表示。
声道系统相当于参数缓慢变化的零极点线性滤波器。
这样经过同态处理后，语音信号的复倒谱，激励信号的复倒谱，声道系统的复倒谱之间满足下面的关系：
（9）
由于倒谱对应于复倒谱的偶部，因此倒谱与复倒谱具有同样的特点，很容易知道语音信号的倒谱，激励信号的倒谱以及声道系统的倒谱之间满足下面关系：
（10）
浊音信号的倒谱中存在着峰值，它的出现位置等于该语音段的基音周期，而清音的倒谱中则不存在峰值。
利用这个特点我们可以进行清浊音的判断，并且可以估计浊音的基音周期。
第三章GUI设计实现
3.1原理图及程序
设计界面原理图见3-1原始图形
clc;
clear;
tic,
[y,fs]=wavread（'
ah02.wav'
）;
L=length（y）;
fw=y.*hamming（L）;
r=real（log（fft（fw,L）））
pfw=cceps（fw）;
rpfw=rceps（fw）;
z=rpfw（1:
30）;
p=pfw（31:
L）
logz=real（exp（fft（z,L）））;
logp=real（fft（p））;
plot（y）;
title（'
原始波形'
）
图3-２原始图形
[x,fs,bits]=wavread（'
ah01.wav'
[10245120]）;
plot（x）;
originaltiywave'
图3-３orignaltiywave
plot（logz）;
倒谱域滤波都的对数幅度谱'
图3-3倒谱域滤波后的对数幅度谱
plot（rpfw）;
实倒谱'
图3-５实倒谱
plot（r）;
对数幅度谱'
图3-６对数幅度谱
plot（fw）;
加海明窗后的波形'
图3-７加海明窗后的波形
x=wavread（'
N=5;
wc=0.3;
[b,a]=butter（N,wc）;
X=fft（x）;
y=filter（b,a,x）;
Y=fft（y）;
IIR低频滤波¨
'
图3-８IIR低频滤波
sound（x,fs,bits）;
X=fft（x,4096）;
magX=abs（X）;
angX=angle（X）;
plot（angX）;
声音和波形'
图3-９声音和波形
第五章心得及体会
这次的课程设计主要是跟随了课堂学习的内容。
我们的题目是语音信号的处理，虽然原来已经学习了信号与系统，对于这方面有了一些基础的知识，也学了数字信号处理，但是刚开始面对这个题目却也不知从何下手了。
首先一个录音就为难我们半天，在老师的指导下终于迈出了这艰难的第一步，并且得到了原信号的波形图和频谱图。
于是我们斗志高昂，继续进行下去。
没有学过MATLAB软件，我们到图书馆借了专门学习该软件的比较易懂的《应用MATLAB实现信号分析和处理》这本书。
通过大致对这本书的翻阅和有目的性的查找，我们对于这次实验中要求的很多函数有了进一步的了解。
由于实验结果主要要求就是图形了，因而对于图形函数的运用很多，最熟悉的就是figure函数了，然后还有画图函数plot，在IIR滤波器的设计中还使用了grid网格线命令，同时还有xlabel和ylabel以及title等命令，应该说是收获颇丰吧。
而对于滤波器的设计也认识不少函数，像buttap，cheb1ap等等。
在实验的时候我们做了FIR和IIR的高通，带通和低通的滤波，由于三种滤波函数其本质相近，所以最后选用了高通的来作为示例。
在做的过程中，我们分工合作，经过一系列的修改补正最终得出了图形，虽然在电脑前坐到有点头昏，但当时的那种成就感让我们快乐不已。
在做的过程中，我们组虽然没有男生的帮忙，但是自己动手更让我们感受和享受着这种做的过程，虽然结果才是最终需要的，但是能力却是通过经历来积累的，完成时的喜悦也只有亲身经历才懂。
也许以后很少再有课程设计，但是我们相信对于软件的学习和探索却是刚刚开始，我们会在未来更努力的学习，充实自己。
每次做论文的经历也会使我终身受益，我感受到做论文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习的过程和研究的过程，没有学习就不可能有研究的能力，没有自己的研究，就不会有所突破，那也就不叫论文了。
希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。
附录
１.设计界面
图３-１设计原路图
参考文献
（1）.程佩青。
数字信号处理教程［M］。
北京：
清华大学出版社，2002。
（2）.刘敏，魏玲。
Matlab通信仿真与应用［M］．北京：
国防工业出版社，2001。
（3）.桂志国。
数字信号处理。
科学出版社，2010年。
（4）.张明照，刘政波，刘斌等。
应用MATLAB实现信号分析和处理。
科学出版社，2005。
DSP语音信号处理课程设计
专业：
电子信息工程
班级：
D0842
学生姓名：
王永强
学号：
02
指导教师:
李悦许艳惠
院长:
杨树臣
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