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1、第8卷第12期南阳师范学院学报Vo.l8No122009年12月JournalofNanyangNormalUniversityDec.2009基于MATLAB的语音信号处理教学演示平台的设计王志鹏,张雷(南阳师范学院物理与电子工程学院,河南南阳473061)摘要:针对语音信号处理课程的特点,将MATLAB语言引入课程,介绍了一款语音信号处理教学演示平台.该平台能够很好地帮助学生理解和掌握课程的基本原理和基本分析方法.关键词:语音信号处理;MATLAB;时域分析;频域分析;线性预测分析中图分类号:TN912;G642.423文献标识码:A文章编
2、号:1671-6132(2009)12-0081-040引言1窗函数语音信号处理是本科电子类专业课程,是贯穿于语音信号分析与应用全过程的是短研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的时分析技术,也就需要利用窗函数对语音信号进一门学科.语音信号处理课程内容较多,涉及不行分帧处理,将语音信号分成一帧一帧来分析其特少数学运算和公式推导,要求掌握!信号与系统∀、性参数.在语音信号处理中常用的窗函数是矩形窗!数字信号处理∀等课程理论,并且语音信号处理和哈明窗,它们的表达式分别如下:的很多概念学生都是第一次接触到,难以理解.如矩形窗:果仅采用课堂讲授的教学方式学生难以接
3、受,无法1,0#n#(N-1)w(n)=调动学生的学习主动性和积极性,教学效果差.所0,n=else以说,淡化理论的推导过程,使理论结果可视化,概哈明窗:念直观化,将是帮助学生理解教学内容,提高教学0.54-0.46cos[2n/(N-1)],效果的关键.w(n)=0#n#(N-1)MATLAB是MathWorks公司推出的一套高性0,n=else能的数值计算和可视化软件,它集数值分析、矩阵窗函数w(n)的选择(形状和长度),对于短时计算、信号运算和图形显示于一体,构成了一个方分析参数的特性影响很大.为此应选择合适的窗便的、界面友好的用户环境,
4、已被广泛用于信号与口,使其短时参数能更好地反映语音信号的特性变图形处理、控制系统设计、通信系统仿真等领域.化.这里就可以通过教学演示平台生成这两种窗函针对课程特点,在教学实践中利用MATLAB数的时域波形以及频谱图,如图1所示.平台,将教学内容中一些比较重要的内容或者难以理解的概念开发成可视化程序.该演示平台包括窗函数分析模块、时域分析模块、频域分析模块、同态分析模块、线性预测分析模块等,基本涵盖了语音信号处理课程的所有内容.在课堂教学过程中使用该演示平台,可以把复杂的数学过程用图形显示出来,使学生对课程的知识有一个更加直观的认识,便于理解.本文就对该教学演示平台进行
5、简要的分析介绍.图1矩形窗和哈明窗收稿日期:2009-09-25作者简介:王志鹏(1982-),河南南阳人,助教,硕士,主要从事无线电导航方面的研究.)82)南阳师范学院学报第8卷从两种窗函数的频谱图中可以清晰地看到,哈较高频率上.既然高频率意味着高的平均过零数,明窗的主瓣宽度比矩形窗大一倍,即带宽增加一低频率意味着低的平均过零数,那么可以认为浊音倍,同时其带外衰减也比矩形窗大得多.因此可以时具有较低的平均过零数,而清音时具有较高的平得到,矩形窗的谱平滑性能较好,但损失了高频成均过零数.利用短时平均过零数还可以从背景噪声分,使波形细节丢失.而哈明窗就相反.同时,
6、还可中找出语音信号,可用于判断寂静无声段和有声段以设置窗函数的长度N的大小,来反复观察窗函的起点和终点位置.相关分析是一种常用的时域波数长度对于其频谱的影响.形分析方法,它有自相关和互相关的不同,分别由通过上面的演示,可以很好地展示出窗函数的自相关函数和互相关函数来定义.相关函数用于测形状和长度对于窗函数特性的影响,使学生更好地定两个信号在时域内的相似性,如利用互相关函理解为什么说合适地选择窗函数对于后续语音信数,可测定两个信号间的时间滞后或从杂音中检测号的处理十分重要.信号.而自相关函数用于研究信号本身,如信号波形的同步性、周期性等.这里主要讨论自相关函数.2语音
7、信号的时域分析短时自相关函数Rn(k)的定义为:语音信号处理的各种应用的前提和基础是对Rn(k)=T[xn(m)]=%语音信号的分析.根据分析的参数的不同,语音信∃x(m)w(n-m)x(m+k)w(n-m-k).号分析可分为时域、频域、倒谱域等.在以上的分析m=-%方法中,最简单、物理意义最明确的就是时域分析.利用短时自相关函数可以对浊音信号估计它典型的时域分析包括短时平均能量、短时平均过零的基音周期.利用自相关函数的性质,短时自相关[1]数和短时自相关函数等.函数可以改写为下式:N-1-k语音信号的短时能量分析是基于语音信号能Rn(k)=∃[x(
