语音播放变速率算法及FPGA实现 (1)

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1、信号与信息处理语音播放变速率算法及FPGA实现李冬梅，刘冀川(中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081)摘要语音变速不变调处理是目前十分流行的一种语音处理技术，在任何语音信号都是由基因波形连接构成的基础上，提出了一种语音播放变速率处理系统。在保持原来语音信号相对强弱、频率、音调和音色等特征不变的情况下，使语音信号播放的速度放慢或加快。通过时域上对基音波形的复制和抽取实现了语音变速不变调的目的，并采用了加权滤波，大大减少语音处理中所引入的噪声。系统用FPGA实现，具有速度快、占用资源少和芯片面积小等特点。关键词变速不变调;基音波形;加权滤波;FPGA中图分类号TN912.3

2、4文献标识码A文章编号1003－3106(2014)01－0043－03AnAlgorithmforAlteringVoiceSpeedandItsImplementationBasedonFPGALIDong-mei，LIUJi-chuan(The54thＲesearchInstituteofCETC，ShijiazhuangHebei050081，China)AbstractThealteringvoicespeedwithoutpitch-scalingisnowapopularkindofvocalsignalprocessingtechnique．Everyvoicesignal

3、consistsofpitchwave，sothepaperpresentsasystemofalteringvoicespeed．Thismethodisusedtochangethevoicespeedfreelyonthepremiseofunchangingtheintensity，frequency，pitchandtamberofvoice．Itchangesthevoicespeedbycopyingandcuttingthevoiceelementswithoutalteringthevoicepitch．Thealgorithmusesweightingfiltering

4、tosignificantlyreducethenoisecausedbythevoiceprocessing．ThesystemisimplementedbasedonFPGAandithassuchadvantagesashighprocessingspeed，lowresourceoccupa-tion，smallchiparea，etc．Keywordstime-scalingwithoutpitch-scaling;pitchwave;weightingfiltering;FPGA流通过时压力减小，从而声带完全合拢使气流不能0引言通过，在气流被阻断时压力恢复正常，因而声带间的语音

5、变速处理是将所输入的语音信号以任意的空隙形成，气流再次通过。这一过程周而复始，就形速度(慢或快)播放，这在目前是一项十分流行的语成了一串周期性的脉冲气流送入声道。这个脉冲串音处理技术，在语音合成、语音识别和频谱分析等方的周期称为“基音周期”，其倒数是“基音频率”。这面有着广泛应用前景，引起了很多研究者的关注。种方式发出的音为浊音。语音的另一种产生方式是对于数字语音信号，在改变其播放速度方面，传统技声门完全闭合，此时声道不是受声门周期脉冲气流术是通过改变输出的采样率来实现，但这种方法会的激励，而是利用口腔内存有的空气释放出来而发导致音调和音色发生变化，语音效果变差，严重时甚声。该气流在口腔中

6、形成湍流，因而带有明显的随至无法识别语音内容。为了达到变速不变调的效机噪声的特点。这种方式发出的音为清音。语音产［1］果，可以利用自相关函数、短时平均幅度差函数、倒生过程的物理近似过程如图1所示。谱法和小波变换等构成的基音检测法以及基于参数编码的LPC算法等，但这些方法在硬件设计和实现时比较繁琐。本文根据基音波形的概念，在时域上对基音波形的复制和抽取，实现了语音的变速不变调处理和FPGA的实现。1语音变速的理论依据图1语音信号产生的离散时域模型从物理原理来看，语音信号是由肺挤压出的空根据以上发音原理可知，任何发声行为都有振气激励发声器官带来的震动产生的。说话时声带相动过程，即必须有作用力使

7、物体产生振动，从而产生互靠拢但不完全封闭，这样声门变成一条窄缝，当气收稿日期:2013-10-142014年无线电工程第44卷第1期43信号与信息处理声波，这个作用力是间歇的，而非连续的。被振动的表1定位误差随张角大小的变化物体在前一作用力消除之后、后一作用力到来之前，播放速率语音信号标记产生回复到原状态的运动，这样便产生了振动。语原始信号0123456…nＲ=0.80123567…n/Ｒ音信号就是这种机械振动的电表现，