信号与系统三级项目报告

基于Matlab的语音信号采集与分析

姓名：徐福娟刘星星李端

梁笑笑彦茹

班级：通信工程四班

课程名称：信号与系统

指导教师：闫盛楠

2015年6月

徐福娟，刘星星，梁笑笑，彦茹，李端

（燕山大学信息科学与工程学院）

摘要：此次三级项目的内容是：通过运用Matlab语言实现语音信号的采集、分析和处理。项目实施过程中：我们首先进行男女生语音信号的采集，并对其频谱图进行分析，得出了电话可以对语音信号采用8kHz的采样速率的结论。之后通过男女生主要频率在高频段所占比例不同来区分男女生。最后对采集的信号进行降采样并验证抽样定理。

前言：通过这次三级项目的实施，我们对Matlab语言的运用、信号的采集与分析及抽样定理都有了深刻的理解，为了对这次整个的过程进行更系统的整理，我们以报告的形式将其记录下来。在这次项目的开展过程中，李端和彦茹进行最后ppt的制作以及资料的搜集；刘星星完成语音信号的采集，并对其进行频域分析；徐福娟进行对男女生语音信号的区分部分；梁笑笑完成对信号不同程度的降采样并验证抽样定理。在整个过程中，我们既有分工，又相互合作，共同解决棘手的问题。最终完成了三级项目要求的内容：验证了电话可以对语音信号采用8kHz的采样速率的结论；能够简单的区分男女生语音信号。正文

一、基本原理

1.1语音信号的采集

一是利用录音机录取一段语音信号，然后利用MATLAB中的wavrea d函数从外面读入该音频信号即可。另外一种方式是在MATLAB中z执行以下操作即可得到一个语音信号:R = audiorecorder( 44100, 16 ,2 ) ；

%创建一个保存音频信息的对象，它包含采样率，时间和录制的音频信息等等。44100表示采样为44100Hz，16为用16bits存储，2为两通道即立体声。record(R); %开始录制，此时对着麦克风说话即可。

myspeech = getaudiodata(R);%得到以n*2列数字矩阵存储的刚录制的音频信号。

wavwrite(myspeech,44100,16,'myspeech')；%myspeech表示要存入的波形矩阵，44100表采样率，16 为以16bits存储，'myspeech'为存储的文件名。在本次试验中我们采用的是第二种方法。

1.2语音信号的波形显示及分析

信号的频谱分析就是计算机信号的傅里叶变换。连续信号与系统的傅里叶分析显然不便于计算机计算，使其应用受到限制。而FFT是一种时域和频域均离散化的变换，适合熟知的运算，成为计算机分析离散信号和系统的有用工具。对语音信号的分析我们采用如下方案：将采集好的声音信号导入程序中，使用plot 画出该语音信号的时域波形，对原始波形进行用fft函数傅里叶变换后，再使用plot就可画出其频谱。

1.3男女生信号鉴别

由于男女生天生的差别，在声音上女生的高频部分会明显的高于男生，为此我们男女生的语音信号进行滤波处理，高频部分多的是女生信号，高频部分少的是男生信号。

1.4抽样定理的验证

对语音信号进行不同程度的降采样处理，将得到的信号的波形与原信号比较，同时聆听此时的声音信号与原信号是否有失真。根据抽样定理的内容我们可知:当抽样的频率高于奈奎斯特频率时，系统恰好能够无失真的恢复出原信号。因此在采用高于奈奎斯特频率的采样率进行采样时，得到的信号不会发生失真。

二、研究方法及相关工具

应用MATLAB软件中提供的相关函数对语音信号进行波形仿真，并对语音信号进行其他的相关处理来分析信号。

三、研究的主要内容

(a) 语音信号采集方法

(b) 语音信号时频域波形显示及仿真结果

(c) 男、女声波形区分方法

(d) 抽样定理和信号的降采样处理及仿真

四、项目内容的具体研究和分析结果

4.1 语音信号采集方法及时频域波形显示

我们先自己通过声卡采集男女生声音信号，将文件保存为（**.WAV）的格式，然后通过Matlab里的‘audioread’函数将文件导入到Matlab里，通过调用函数显示出声音信号的频域波形。具体的函数如下：

[x,fs]=audioread('**.wav');

sound(x,fs);

n = length (x);

F=44100;

X=fft(x,n);

f=F/length(X);

F1=f*(0:(length(X)-1));

subplot(211);

plot(0:10/(length(x)-1):10,x);title('**信号波形');

subplot(212);

plot(F1,abs(X));title('**信号频谱');

4.2 男、女声波形区分方法

4.2.1 男、女声的差别

在生活中我们感觉男生的声音雄浑低沉，女生的声音尖细清脆。男、女声在频率方面存在很大的差别：一是男、女声的基音频率有差别，男声的基音频率大致在100—200HZ之间，而女声的基因频率则在200—350HZ之间；二是男声低频成份比较多，女声高频成份比较多。

4.2.2区分方法

根据男、女声的差别我们可以总结出三种区分男、女声的方法：一是根据男、女声基因频率的范围来区分；二是根据男、女声频率主要集中在哪个频段来区分；三是根据男、女声低频成份、高频成分所占的比例来区分。

基音频率区分法:

基音频率区分法是基于男女声的基因频率的差别的一种方法。男声的基音频率大致在100—200HZ之间，而女声的基因频率则在200—350HZ之间。将采集的语音信号的基频通过椭圆滤波器从频谱中分离出来，画出男、女声基频频谱图，根据基频频谱图中的频率范围区分是男声还是女声。

代码实现：

%filename:manwoman.m

%different man from woman.

%============================================= ==============

clear;

if nargin<1;action='initialized';end;

file='*.wav';

[x,fs,bits]=wavread(file); % 读入声音文件（*.wav）

%============================================== =============

% pause;