数字语音信号处理实验指导书(学生用)

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1、数字语音信号处理实验指导书（学生用）语咅信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科,是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术Z—。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。同时，语言也是人与机器之间进行通信的重要工具，它是一种理想的人机通信方式，因而对为信息处理系统建立良好的人机交互环境，进一步推动计算机和其他智能机器的应用，提高社会的信息化程度。语咅信号处理是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。虽然从事这一领域研究的人员主要來B信号与信息处理及计算

2、机应用等学科，但是它与语音学、语言学、声学、认知科学、生理学、心理学等许多学科也有非常密切的联系。20世纪60年代屮期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语咅信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展,语咅信号处理取得了重人的进展：进入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC）,并己成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间吋间匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据

3、压缩技术一矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重人发展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络（ANN）的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中。要求：1、用自己的手机录音“我是贵州大学科学院XX级XX专业的学生，名叫XXX,男（女）,毕业于XX省XX市（县）XX中学。2、在实验报告中要注明手机品牌，录音的采样频率：单（双）声道3、每个人实验报告只能处理自己

4、的录音作为输入，实验报告采用电子文档提交，不接收纸质报告，附录音记录——切记！！！！！。第一、二个实验第十周上课交。实验一基于MATLAB的语音信号时域特征分析一、实验目的语音信号是一种非平稳的吋变信号,它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法，直接対语音信号的时域波形进行分析，捉取的特征参数主要有语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函

5、数等。木实验要求寧握吋域特征分析原理，并利用已学知识，编写程序求解语音倍号的短时过零率、短时能量、短时B相关特征，分析实验结果，并能掌握借助时域分析方法所求得的参数分析语咅信号的基咅周期及共振峰。二、实验原理及实验结果1•窗口的选择通过对发声机理的认识，语音信号可以认为是如时平稳的。在5〜50ms的范围内，语音频谱特性和一些物理特性参数基本保持不变。我们将每个短时的语音称为一个分析帧。一般帧长取10〜30ms。我们采用一个长度有限的窗函数来截取语音信号形成分析帧。通常会采用矩形窗和汉明窗。图1.1给出了这两种窗函数在帧长N=50时的时域波形。

6、矢ID杉辰f21・81.61.41.20.80.60.40.2O2060图l・I矩形窗flIHamming窗的时域波形矩形窗的定义：一个N点的矩形窗函数定义为如下z(.0

7、/N，旁瓣峰值低（-42.7dB）,可以有效的克服泄漏现象,具冇更平滑的低通特性。因此在语咅频谱分析时常使川汉明窗，在计算短时能量和平均幅度时通常丿IJ矩形窗。表1.1对比了这两种窗函数的主瓣宽度和旁瓣峰值。矩形窗频率口向应Hamming窗频率响应归一化频率（f/fs）图1.2矩形窗利Hamming窗的频率响应加=一8农1.1矩形窗和hamming窗的卞瓣宽度和旁瓣峰值窗函数主瓣宽度旁瓣峰值矩形窗4*pi/N13.3dBhamming8*pi/N42.7dB特殊地，当采用矩形窗时，可简化为：00E”=X口加）加=一00图1.3和图1.4给出了

8、不同矩形窗和hamming©长的短时能最函数，我们发现：在用短时能量反映语咅信号的幅度变化时，不同的窗函数以及相应窗的长短均冇影响。hamming窗的效果比矩形窗略