语音信号的分析(五篇)

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语音信号的分析篇一

fs=100;

dt=1/fs;

n=0:n-1;

f1=15;

f2=18;

xn1=sin(2*pi*f1*t)+2*sin(2*pi*f2*t);y=fft(xn1,n);

mag=abs(y);

pha=angle(y);

f=n*fs/n;

subplot(121);

plot(f,mag);

%title('xk');

subplot(122);

plot(f,pha);

%title('k');

语音信号的分析篇二

试验一语音信号分析与处理

学号姓名注：1）此次试验作为《数字信号处理》课程试验成绩的重要依据，请同学们认真、独立完成，不得抄袭。

2）请在授课教师规定的时间内完成；

3）完成作业后，请以word格式保存，文件名为：学号+姓名

4）请通读全文，依据第2及第3两部分内容，认真填写第4部分所需的试验数据，并给出程序内容。

1.试验目的(1)学会matlab的使用，把握matlab的程序设计方法

(2)把握在windows环境下语音信号采集的方法

(3)把握matlab设计fir和iir滤波器的方法及应用

(4)学会用matlab对语音信号的分析与处理方法

2.试验内容

录制一段自己的语音信号，对录制的语音信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形和频谱图，确定语音信号的频带范围；使用matlab产生白噪声信号模拟语音信号在处理过程中的加性噪声并与语音信号进行叠加，画出受污染语音信号的时域波形和频谱图；采用双线性法设计出iir滤波器和窗函数法设计出fir滤波器，画出滤波器的频响特性图；用自己设计的这两种滤波器分别对受污染的语音信号进行滤波，画出滤波后语音信号的时域波形和频谱图；对滤波前后的语音信号进行时域波形和频谱图的对比，分析信号的变化；回放语音信号，感觉与原始语音的不同。

3.试验步骤

1）语音信号的采集与回放

利用windous下的录音机或其他软件录制一段自己的语音（规定：语音内容为自己的名字，以wav格式保存，），时间控制再2秒之内，利用matlab提供的函数wavread对语音信号进行采样，提供sound函数对语音信号进行回放。

[y,fs,nbits]=wavread(file),采样值放在向量y中，fs表示采样频率nbits表示采样位数。wavread的更多用法请使用help命令自行查询。

2）语音信号的频谱分析

利用fft函数对信号进行频谱分析

3）受白噪声干扰的语音信号的产生与频谱分析

①白噪声的产生：

n1=sqrt（方差值）×randn(语音数据长度，2)（其中2表示2列，是由于双声道的原因）然后根据语音信号的频谱范围让白噪声信号通过一个带通滤波器得到一个带限的白噪声信号n2；

带通滤波器的冲激响应为：

hb（n）=c2

sinc(c2

(n))c1

sinc(c1

(n))其中ωc1为通带滤波器的下截止频率，ωc2为通带滤波器的上截止频率。其中下截止频率由每个人的语音信号的最高频率确定滤波器的长度n由滤波器的过渡带确定，一般不宜太小（大于1000），α=（n-1）/2；②信号y通过低通滤波器，得到信号为x1

低通滤波器的冲激响应为：

hl(n)c1sinc(c1

(n))其中的ωc1与上面的带通滤波器的下截止频率一致，滤波器的长度n也于上面的带通滤波器一致，α=（n-1）/2

③将n1加上x1得到一个受到噪声污染的声音信号

4）据语音信号的频带状况，设计fir和iir两种滤波器

5）用滤波器对受污染语音信号进行滤波

fir滤波器fftfilt函数对信号进行滤波，iir滤波器用filter函数对信号进行滤波

6）比较滤波前后信号的波形与频谱

7）回放滤波后的语音信号

4.试验数据及试验程序

试验数据

1）原始语音信号的时域波形和频谱图及语音信号的频带范围

2）带限白噪声信号的时域波形和幅频特性

3）受污染语音信号的时域波形和幅频谱图

4）滤波器的频响特性图

fir滤波器的幅频响特性图

iir滤波器的幅频响特性图

5）滤波后语音信号的时域波形和频谱图

6）滤波前后的语音信号时域波形对比图和幅频谱对比图

7）将试验的资料的电子文档交给班长（建立一个文件夹，里面包括：①试验报告的电子版；②采集的语音信号电子文件；③受污染的语音信号及滤波后的语音信号存在文件名为“姓名+〞文件的文件中）

试验程序：

1）试验主程序

2）fir滤波器子程序

3）iir滤波器子程序

语音信号的分析篇三

信号系统课程设计报告

欧阳光亮

2023029020235

语音信号处理与识别

目的：理解时域和频域尺度变换基本概念，把握信号时频域分析方法，正确理解采样定理，确凿理解滤波器的概念。内容：

（1）使用matlab中wavrecord命令录制一段3秒的语音信号，使用wavplay命令播放，录制命令和播放命令中的采样频率设置成一致和不同两种状况，对观测到的现象进行分析并结合课本中的知识对该现象进行解释；（2）使用不同的采样频率录制一段3秒的语音信号，画出信号的时域波形和频谱；找到语音信号的主要频谱成分所在的带宽；观测并分析不同采样频率对波形和频谱的影响；寻觅声音信号不出现明显失真的最低采样频率；（3）录制一段男生的语音信号和一段女生的语音信号，对两段音频信号进行混合，设计滤波器将混合的语音信号分开成单独的男声和女声信号，假使分开效果不好，对原因进行解释。

matlab命令：wavrecord,wavplay,wavwrite,wavread,save,load,fft,fftshift,filter,plot,subplot,figure.过程:(1)一致：

fs1=16000;

%取样频率fs2=16000;

%播放频率duration=5;

%录音时间

fprintf('pressanykeytostart%gsecondsofrecording...n',duration);

pause;

fprintf('recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs是总的采样点数

fprintf('finishedrecording.n');

fprintf('pressanykeytoplaytherecording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'e:

不同：

fs1=16000;

%取样频率fs2=8000;

%播放频率duration=5;

%录音时间

fprintf('pressanykeytostart%gsecondsofrecording...n',duration);

pause;

fprintf('recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs是总的采样点数

fprintf('finishedrecording.n');

fprintf('pressanykeytoplaytherecording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'e:');现象：其次次播放时，声音明显失真。

理由：采样频率和播放频率不一样时声音信号会失真。（2）

fs1=16000;

%取样频率fs2=16000;

%播放频率duration=5;

%录音时间

fprintf('pressanykeytostart%gsecondsofrecording...n',duration);

pause;

fprintf('recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs是总的采样点数

fprintf('finishedrecording.n');

fprintf('pressanykeytoplaytherecording...n');

pause;

wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'e:');

wav=wavread('e:');fs=16000;n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;mag=abs(fft(wav));subplot(2,1,1);plot(wav);subplot(2,1,2);plot(f,mag)

采样频率为1600010.5y/幅度0-0.5-101234x/t采样频率为16000567x1084600500400y/幅度***400060008000x/f***16000

fs1=8000;

%取样频率fs2=8000;

%播放频率duration=5;

%录音时间

fprintf('pressanykeytostart%gsecondsofrecording...n',duration);

pause;

fprintf('recording...n');

y=wavrecord(duration*fs1,fs1);

%duration*fs是总的采样点数

fprintf('finishedrecording.n');

fprintf('pressanykeytoplaytherecording...n');

pause;wavplay(y,fs2);wavwrite(y,fs1,'e:');

wav=wavread('e:');fs=8000;n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;mag=abs(fft(wav));subplot(2,1,1);plot(wav);subplot(2,1,2);plot(f,mag)wavplay(wav,8000)

采样频率为8000hz10.5y/幅度0-0.5-100.511.52x/s采样频率为8000hz2.533.5x***0500y/幅度***00x/hz***16000

由图可知：语音信号的主要频谱成分所在的带宽为（0—1200hz），带宽为1200hz。

当采样频率较小时，频谱图上显示带宽较大，波形较稀松。

最低采样频率应为，声音信号的最高频率的两倍，由图可知为2400hz。（3)女声：

wav1=wavread('e:');wav2=wavread('e:');wav=wav1+wav2;fp1=800;fp2=1500;fp=[fp1,fp2];fr1=650;fr2=1900;fr=[fr1,fr2];fs=16000;ap=1;as=40;[n,fn]=buttord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,'z');[b,a]=butter(n,fn);y1=filter(b,a,wav);y=fft(y1);mag=abs(y);n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;subplot(3,1,1);mag1=abs(fft(wav));plot(f,mag1)subplot(3,1,2);plot(f,mag);subplot(3,1,3);plot(y1);wavplay(y1,16000)

混合400300y/幅度***060008000x/频率女声***16000400300y/幅度2023000***00f/hz***160000.20.1y/幅度0-0.1-0.202334x/t567x1084

男声：

wav1=wavread('e:');wav2=wavread('e:');wav=wav1+wav2;fp1=200;fp2=600;fp=[fp1,fp2];fr1=100;fr2=1000;fr=[fr1,fr2];fs=16000;ap=3;as=40;[n,fn]=buttord(fp/(fs/2),fr/(fs/2),ap,as,'z');[b,a]=butter(n,fn);y1=filter(b,a,wav);y=fft(y1);mag=abs(y);n=length(wav);f=(0:n-1)*16000/n;subplot(3,1,1);mag1=abs(fft(wav));plot(f,mag1)subplot(3,1,2);plot(f,mag);subplot(3,1,3);plot(y1);wavplay(y1,16000)

混合频谱图202350y/幅度***30004000x/hz男声频谱图***040y/幅度***8000x/hz男声时域图***160000.040.02y/幅度0-0.02-0.0401234x/s567x1084

分开效果不佳，原因：男女声频率有好多重叠的地方。

语音信号的分析篇四

摘

要

语音信号处理是研究数字信号处理技术和语音信号进行处理的一门学科，是一门新型的学科，是在多门学科基础上发展起来的综合性技术，它涉及到数字信号处理、模式识别、语言学。语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号处理的一门学科。处理的目的是要得到一些语音参数以便高效的传输或存储；或者是通过处理的某种运算以达到某种用途的要求。语音信号处理又是一门边缘学科。如上所诉，它是“语言语音学〞与“数字信号处理〞两个学科相结合的产物。

语音信号处理属于信息科学的一个重要分支，大规模集成技术的高度发展和计算机技术的飞速前进，推动了这一技术的发展。在数字音频技术和多媒体技术迅速发展的今天，传统的磁带语音录放系统因体积大、使用不便、放音不明了而受到了巨大挑战。本次课程设计提出的体积小巧，功耗低的数字化语音存储与回放系统，可以有效的解决传统的语音录放系统在电子与信息处理的使用中受到的限制。

本文提出了语音信号处理课程建设的试验环节中的一些考虑，作为专业课程的学习，试验内容不能仅仅停留在验证性试验上，还应增加试验延伸的设计要求，是学生加深对理论分析认识的同时，强调培养学生的实际动手能力和知识综合运用能力。从而提高语音信号的教学和试验的质量。试验内容采用matlab编程实现，不仅易于语音信号处理的实现，更易引导学生完成试验延伸的设计。

第一章绪论

1.1选题背景

在我们的现实生活中从磁带、录像带到cd、vcd、dvd；从黑白电视机、彩色电视机、高明了度电视机到具有数字信号处理功能的电视机；从留声机、录音机到语音信箱；现在正出在模拟信息到数字信息的变革之中，传统的磁带语音录放系统因其体积大，使用不便，在电子与信息处理的使用中受到大量限制。

虽然，目前广播电视系统尚未实现真正的数字化，相信在不久的将来，真正的数字电视、数字收音机、数字收录机将进入家庭。所以，研究音频信号的数字化存储、处理和回放系统有着很重要的现实意义。

通过设计语音信号试验箱可以对语音信号实现各种形式的变换，因此学会对语音信号的处理，也可自行研究将此语音处理技术应用到现实生活中。

1.2课题意义

语音信号处理的一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段，通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一，语音是人类特有的功能，它是创造和记载几千年来人类文明史的根本手段，是人类最重要、最有效、最常用和最便利的交换信息的形式。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域刚也涉及面很广的交织学科。

其次章课程设计要求及系统原理

2.1课程设计基本要求

（1）学会matlab的使用，把握matlab的程序设计方法；

（2）把握在windows环境下语音信号的采集方法；

（3）把握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法；

（4）把握matlab设计方法；

（5）学会用matlab对信号进行分析和处理。

2.2系统基本原理

语音采集原理是，人耳能听到的声音是一种范围为20hz—20khz，而一般语音频率最高为3.4khz。语音的采集是指语音声波信号经麦克风和高频放大器转换成有一定幅度的模拟量电信号，然后再转换成数字量的全过程。

本次设计的基本原理是对语音的录音和放音进行数字化控制。其中，关键技术在于：为了增加语音存储时间，提高存储器的利用率，采用了非失真压缩算法对语音信号进行压缩后再存储，而在回放时再进行解压缩；同时，对输入语音信号进行数字滤波以抑制杂音和干扰，从而确保了语音回放的可靠质量。

通过设计一个gui试验箱，并添加相应的控制控件，添加一个声音文件，通过matlab编程，使其通过各种按钮实现语音信号处理的各种功能，最终做成一个完整的语音信号处理试验箱。

第三章设计方案论证

3.1设计理论依据

3.1.1采样定理：

在进行模拟/数字信号的转换过程中，大于信号中最高频率fmax的2倍时，则采样之后的数字信号完整的保存了原始信号中的信号，一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5—10倍；采样定理又称奈奎斯特定理。

3.1.2采样频率：

采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，是描述声音文件的音质、音调、衡量声卡、声音文件的质量标准。采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也就越确切，采样频率与声音频率之间有一定的关系，根据奈奎斯特理论，只有采样频率高于声音信号最高频率的2倍的时候，才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音，这就是说采样频率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。

3.1.3采样位数与采样频率

采样位数即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放声音文件时候使用数字声音信号的二进制为数。采样频率是指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数，采样频率越高声音的还原就越真实越自然。

采样位数和采样频率对于音频接口来说是最为重要的两个基本指标，也是选择音频接口的两个重要标准。无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。每增加一个采样位数相当于力度范围增加了6db。采样位数越多则捕获到的信号越确切。对于采样率来说你可以想象它类似于一个照相机。显然采样率越高，计算机提取的声音越多，对于原始的还原也越加确切。

第四章图形用户界面设计

4.1图形用户界面概念

图形用户界面或图形用户接口是指采用图形方式显示的计算机操作环境由用户接口。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说更为简便易用。

gui是matlab提供的图形用户界面开发环境，提供了一系列用于创立图形用户界面的工具，从而简化界面布局和编程工作。

4.2用户界面设计

4.2.1gui设计模板

在matlab主窗口中，选择file菜单中的new菜单项，再选择其中的gui命令，就会显示图形用户界面的设计模板。

matlab为gui设计一共准备了四个模板，分别是blankgui、guiwithuicontrols、guiwithaxesandmenu、modalquestiondialog。

当用户选择不同的模板时，在gui设计模板界面的右边就会显示出与该模板对应的gui图形。

4.2.2gui设计窗口

在gui设计模板中选中一个模板，然后单击ok按钮，就会显示gui设计窗口，选择不同的gui设计模式时，在gui设计窗口中显示的结果是不一样的。

gui设计窗口由菜单栏、工具栏、空间工具栏以及图形对象设计区等部分组成。gui设计窗口的菜单栏有file、edit、view、layout、tools和help六个菜单项，使用其中的命令可以完成图形用户界面的设计操作。

4.2.3gui设计窗口的基本操作

（1）前面板的设计：在gui设计窗口创立图形对象后，通过双击该对象，就会显示该对象的属性编辑器。如下图所示。例如，创立一个pushbutton对象，并设计该对象的属性值。

图4-1按钮属性编辑器

通过以上的按钮属性编辑器可以根据个人状况对按钮的名称、颜色、大小等方面的属性进行修改，使按钮在视觉上变的更加完美。

（2）按钮功能的实现：在gui设计窗口创立按钮后，通过右键单击按钮，选择viewcallbacks下的callback对相应的按钮进行编程，使按钮实现相应的功能，如下图所示对按钮的响应功能进行设置。

图4-2按钮功能编辑器

进入到按钮程序编辑窗口，通过编程即可实现按钮的相应功能，如下图：

图4-3按钮的编程实现界面

通过对各个按钮控件的修改，和对m文件程序的添加就完成对gui窗口的设计，最终得到的图形化操作界面如下图所示:

图4-4图形化操作界面

4.2.4语音的录入与开启

在matlab中，[y,fa,bits]=wavread(‘blip’,[n1n2]);用于读取语音，7

采样值放在向y中，fs表示采样频率，bits表示采样位数。[n1n2]表示读取从n1点到n2点的值。

suond(x，fs，bits)；用于对声音的回放，向量y则就代表了一个信号也就是说可以像处理一个信号表达式一样处理这个声音信号。

第五章课程设计的软件实现

5.1部分函数语法格式

读wav文件：x=wavread(‘filename’)数组a及b中元素相乘：a.*b创立图形窗口命令：figure绘图函数：plot(x)坐标轴：axis([xminxmaxyminymax])坐标轴注解：xlabel(‘„’)ylabel(‘„’)图例注解：legend(‘„’)一阶高通滤波器：y=filter([1-0.09375],1,x)分帧函数：f=enframe(x,len,inc)x为输入语音信号，len指定了帧长，inc指定帧移，函数返回为nxlen的一个矩阵，每一行都是一帧数据。

5.2语音信号处理的相关函数

5.2.1语音信号的短时谱：

周期性声门波可表示为:

(5-1)其中，g[n]是声门波的单周期的波形，p[n]是间隔为p的周期采样序列。当u[n]通过线性非时变声道，且该声道的单位冲击响应为h[n]时，声道输出为：

(5-2)为了观测一段语音，需要降生到输出乘以一个一时刻τ为中心的窗函数w[n,τ],即得到：

（5-3）

这段语音信号的频域表达式为：

（5-4）

即语音信号的谱包络为

语谱图就是现实时变频谱幅度特征的图形表达式为：

（5-5）

将语音信号短时谱程序写入到matlab中得到单色语谱图的波形如下：

图5-1语音信号单色语谱图

5.2.2自相关方法估计语音信号的声道参数：

由均方预计误差最小的得到正则方程：

（5-6）

其中，（5-7）

在最正确解时的误差为

（5-8）

在自相关法中式5-6，式5-8变为

（5-9）

(5-10)由式5-9和式5-10可列出方程组式5-11

（5-11）

解方程组式5-9求出线性预计系数，通过误差式5-11可求出增益g

（5-12）

加窗后信号频谱图如下：

图5-2加窗后信号频谱图

通过以上的方法，改变参数分别求得4极点模型频率响应和6极点模型频率响应，6极点波形如下图所示：

图5-3六极点波形图

最终通过以上方法用一个函数分别实现以上三个功能，三个波形显示在一个界面，通过观测图形，查看它们之间的分别。三者比较所得到的波形如下：

图5-4三者比较波形图

5.2.3基音周期检测

数据为浊音语音信号speech1_10k(10000样点/秒)用25ms的汉明窗对语音信号speech1_10k进行加窗处理，并画出所得到的加窗信号的自相关函数，再用根据中心消波法及三电平中心消波法原理改进程序，最终对比中方法基音检测的效果并分析结果。

试验原理及方法

（1）自相关检测原理：对于离散的数字语音信号序列x(n)，假使周期n，则自相关函数也是同周期的周期函数。即：x(n)=x(n+n)。清音信号没有周期性，他的自相关函数也没有周期。浊音