声音数字信号处理及频域分析

信号与系统

课程设计报告

题目：语音信号处理

课程：信号与系统

学院：英才实验学院

班级：29001010班

学生：陈威（2901309029）

唐浩月（2903101013）

指导教师：许渤朱学勇

二O一O年十二月

目录CONTENTS

摘要 (3)

一、引言 (3)

二、正文 (4)

2.1设计要求 (4)

2.2设计原理 (4)

2.2.1傅里叶变换对语音信号的处理 (4)

2.2.2语音信号模型 (4)

2.3设计内容和步骤 (4)

2.3.1对语音信号进行频域分析 (6)

2.3.2分析男声和女声的差别 (9)

2.3.3语音与乐器音频的差别 (10)

2.3.4对语音信号降采样 (11)

2.3.5中文语音与外文语音进行比较 (13)

2.4课程拓展-----清音和浊音的分辨 (14)

三、结论 (16)

四、设计心得 (16)

参考文献 (16)

附录A-I 程序代码 (17)

【摘要】

处在一个高速发展，日新月异的社会中，科学技术无疑扮演着重要的角色。众所周知，语音信号的处理分析已变得非常流行，基于语音处理分析技术的产品也开始流入市场，充满人们的生活。这也是本小组致力于该方面研究的原因。为了研究不同类型的声音信号性质，我们以数学知识为基础，通过快速傅里叶变换及其逆变换等一系列技术手段，从时域图，频域图，语谱图全方位多角度入手，经对大量语音信号素材的处理，分析，对比，类比，对各类语音信号性质有了一定的了解，的除了不少有意义的结论。

【关键词】

Matlab, 时域图，频域图，语谱图，快速傅里叶变换，激励模型,滤波

【abstract】

In a world that is growing more and more complex and competitive by the minutes, science and technology have never been more significant. As we all know that the technology of voice identifying and analyzing is turning into popular, no matter who you are, no matter where you are, these kinds of products must have been full of your life. Therefore, our group focuses on the handling as well as analyzing of voice, research the characters of different kinds of sound signals through the picture of time and frequency. Based on the knowledge of math, we use fft, fftshift to handle and compare them, and earn our conclusion.

【key words】

Matlab，Time-domain graph，Frequency-domain graph, spectrogram, FFT, incentive models, filtering

一、引言

随着Matlab仿真技术的推广，科研工作者们已经可以在计算机上对声音信号进行处理，甚至是模拟。通过计算机作图，采样，我们可以更加直观的了解语音信号的性质。

二、正文

2.1 设计要求

1、 对语音信号进行频域分析，找语音信号的主要频谱成分所在的带宽，验证为何电话可以对语音信号采用8KHz 的采样速率。

2、 分析男声和女声的差别。我们知道男声和女声在频域上是有些差别的，一般大家都会认为女声有更多高频的成分，验证这种差别。同时，提出一种方法，能够对一段音频信号是男声信号、还是女声信号进行自动的判断。

3、 语音与乐器音频的差别。比较语音信号与乐器音频信号的差别，尤其是在频域上的差别。

4、 .wav 文件的采样速率为44.1KHz ，仍然远远高于我们通常说的语音信号需要的频谱宽度，例如在电话对语音信号的采样中，我们仅仅使用8KHz 的采样速率。对读入的音频数据进行不同速率的降采样，使用wavplay()命令播放降采样后的序列，验证是否会对信号的质量产生影响。

5、 自己下载获得一段中文语音信号（可以使用诸如“千千静听”等工具将.mp3文件转换成.wav 文件），对中文语音与英文语音进行比较。 2.2 设计原理

2.2.1 傅立叶变换对语音信号的处理

我们主要的设计原理是离散时间的fourier 变换，离散时间的fourier 变换公

式为：

(1)(1)

1

()()N

j k N

j X k x j ω--==∑，

(1)(1)

1

()(1/)()N

j k N k x j N X k ω--==∑，其中

(2)/i N

N e πω-=。

利用上述公式我们可以对语音信号进行fourier 变换和反fourier 变换。对语音信

号进行fourier 变换后，我们可以得到对应信号的频谱进而画出其频谱图，于是我们就可以很方便的在频域上对语音信号进行分析, 对语音信号进行反fourier 变换后，我们又可以得到相应的语音信号，于是通过对频谱的改变，在进行反fourier 变换，我们就能知道频域对时域的影响。

2.2.2 语音信号模型

人体发声的系统包含三部分：有声门产生的激励函数()Z G ，有色很难轨道产生的调制函数

()

z V ，有嘴唇产生的辐射函数

()

z R 。语音的生成系统传递函数有着

三个函数及联而成，即

()()()()

z Z z z H G V R =

A 激励模型