基于Matlab的鱼类声信号时频特性分析【文献综述】

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1、毕业设计文献综述海洋科学基于Matlab的鱼类声信号时频特性分析【摘要】声学技术已经在生物学研究中得到了广泛的应用，并取得了重大的成果。本文试图通过matlab这样一种强大的工程计算和数值分析软件对采集到的鱼类声信号进行处理，提取并分析其特征参数。文中采用了时频分析方法，对鱼类的栖息，繁殖和生活习性进行研究。【关键词】鱼类声信号matlab时频分析特征参数1.前言目前，人们基本已经掌握鱼类发生的原理。鱼类声信号中包含着许多有助于人们研究鱼类习性和开发利用鱼类资源的有用信息。随着信息技术的发展，强大的matlab为分析鱼类声信号提供了比传统方法更为高效，精确的途径。声学技

2、术已广泛应用于生物研究中，如鸟类，昆虫，海洋哺乳动物海狮，鲸鱼等等。国外学者对海洋动物的发声进行了深入的研究，提出了丰富的算法，但主要也集中在诸如鲸鱼，海豚等大型海洋哺乳动物上，对小型鱼类声信号的研究还比较少。这在很大程度上受限于小型鱼类发声弱，采集困难。国内鱼类声信号研究还比较弱，特别是在鱼类发声方式，以及鱼类声信号的特征提取上还没有做深入研究。但国内也有很多学者在研究将声学的方法应用到鱼类的分类上。如中科院声学所王峰等应用希尔伯特黄变换方法对水下声信号进行特征提取和分析。2.鱼类发声原理及信号分析基础对于鱼类的发声原理国外学者已经做了较为深入的研究。例如EvansH

3、.D的《鱼类生理学》第二版和Tavolga,W.N.的《鱼类发声》阐述了3种鱼类发声方式：摩擦发声，震动发声和水动力发声。前两种发声比较具有研究意义。王巍巍的硕士论文《鱼类声信号的分析及特征提取研究》一文对鱼类声信号的时域分析和倒谱分析做了详细的分析。首先，王巍巍对阐述了鱼类声信号的时域分析。根据鱼类声信号的参数不同，可以将鱼类声信号分为时域，频域和倒谱等方法。时域分析具有简单，计算量小，物理意义明确等优点。他指出根据鱼类声信号的固有特征将鱼类声信号分析建立在“短时分析”技术上，将鱼类声信号分成一段一段进行研究，其中每一段称为一帧。在鱼类的声信号的短时分析中得出有音段的

4、短时，能量比无音段的短时能量大得多。对鱼类声信号进行短时能量分析和短时过零分析可以从鱼类声信号中提取出有音段。其次，他阐述了同态分析。通过对鱼类信号进行同态分析可以得到鱼类信号的复倒谱参数和倒谱参数。这些参数可以用于对鱼类的识别上。再次，王巍巍提取了鱼类声信号的两类特征。一类是借鉴语音信号处理，提取鱼类声信号的Mel倒谱参数，并在Mel参数的基础上增加了一阶差分MFCC作为特征向量。另一类是提取鱼类声信号的希尔伯特边界谱特征，并指出在提取希尔伯特边界谱之前对鱼类声信号进行预加重可以更加有效的提取鱼类声道特征。并经过理论仿真和大量实验证明Mel倒谱参数和希尔伯特边界谱参数

5、都能用于鱼类信号的分类，并取得了很好的效果。因此，倒谱分析和HHT都是鱼类声信号目标特征提取的有效方法。介绍信号分析基础的相关书籍众多，本人主要参考了胡广书的《数字信号处理-理论》和刘波，文忠，曾涯的《MATLAB信号处理》。并对傅里叶变换，信号采样，频域混叠，加窗与窗函数等基本的概念有了大致的了解。并且对信号分析的三种方法，时域分析、频域分析和时频分析有了较为深入的理解。1.Matlab在声信号分析中的应用Matlab软件是Mathwork公司的产品，其全称为MatrixLabortatory，是一种交互式，面向的直译语言，其结构完整，具有良好的移植性，广泛地应用于工

6、业、电子、建筑、医疗、通讯、生物等众多领域。陈桂明等的《应用Matlab语言处理数字信号与数字图像》一书对Matlab的信号处理功能作了详细的阐述。Matlab以复数矩阵为基本编程单元，操作简便;其语言简洁，符合人们平时书写的习惯，容易被接受；其语言功能强大，只需输入几行简单的命令，就可以迅速得到结果并解决问题。Matlab为不同的用户提供了不同的工具箱，它几乎覆盖了所有的科学领域和工程技术领域，包括数字信号处理、仿真技术、自动控制、通讯系统、图像处理、系统识别、非线性控制、小波分析、神经网络、优化理论等等。Matlab为用户提供了广阔的扩展空间，用户可以很容易编写出适

7、合自己专业的M文件，供自己和同行使用。随着Matlab版本的不断提高，功能也越来越完善，是科研人员不可不学的软件。如姚青、傅强等（2003）将Matlab运用在昆虫声信号研究中。文中以水稻害虫褐飞虱子雄虫求偶鸣声信号为例，利用Matlab信号处理工具箱中的函数对该信号进行时频分析，进一步探讨小波工具分析箱、高阶谱工具箱以及神经网络工具箱在昆虫信号研究中的可能性。如聂晓颖、郭敏将Matlab应用到果蝇振翅鸣声信号分析中去。以Matlab为工具对采集到的雌雄地中海果蝇飞行时振翅产生的声音进行时和频域的分析、比较，并提取其声音信号特征参数即正常