基于gui的语音信号分析系统设计

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1、四川大学锦江学院通信系统课程设计报告通信系统课程设计院系　　专业　　　学生姓名　　　　学号　　　　　指导教师8四川大学锦江学院通信系统课程设计报告基于GUI的语音信号分析系统设计一、课程设计目的　1.了解和掌握语音信号短时傅里叶分析的意义，绘制语谱图的计算方法。　2.进一步理解和掌握基于语音信号语谱图的分析方法，对比分析窄带语谱图与宽带语谱图的区别,窗口形状对语音短时谱的影响。　3、理解语音信号的短时平稳性，并正确对语音信号进行分帧加窗。　4、了解语音信号的几种时域分析方法：短时过零率、短时能量及自相关分析，并写出正确的仿真程序。　5、进一步理解和掌握语音信

2、号短时平均能量函数及短时平均过零数的计算方法和重要意义。二、设计内容1、基本原理语音信号的频域分析就是分析信号的频域特征。从广义上讲，语音信号的频域分析包括语音信号的频谱、功率谱、倒谱、频谱包络分析等，常用的分析方法有带通滤波器组法、傅里叶分析，线性预测分析等集中。本实验主要应用傅里叶分析法来分析语音信号的频谱及功率谱。但是由于语音信号是一个非平稳过程，因此适合于周期、瞬变或平稳信号的标准傅里叶变换不能用来直接表示语音信号，而应该用短时傅里叶变换（STFT）对语音信号进行频谱进行分析，相应的频谱称为“短时谱”；针对语音数据的频谱分析视图，叫语谱图。语谱图的横

3、坐标是时间，纵坐标是频率，坐标点值为语音数据能量。1.1、语音信号的预处理（1）带通滤波器滤波（2）A/D变换。包括采样、量化步骤，其中采样频率为8KHZ。本实验读入的已经是数字语音信号。（3）预加重。原因：语音信号平均功率谱高频段大约在800HZ以上按6DB/倍频程跌落。目的：提升高频部分，使信号的频谱变得平坦，以便于进行频谱分析和声道参数分析。方法：用具有6DB/倍频程的数字滤波器实现，它一般是一阶的H(z)=1-az-1，其中a的值接近于1。1.2、加窗分帧技术8四川大学锦江学院通信系统课程设计报告由于语音信号具有短时平稳特性，所以对语音信号采用短时分

4、析，信号流的处理采用分段或分帧来实现。一般每帧的时间是10～30ms，分帧可以采用连续分段的方法，但一般采用交叠分段的方法，这是为了使帧与帧之间平滑过渡，保持其连续性。前一帧和后一帧的非交叠部分称为帧移。帧移与帧长的比值一般取0～0.5。下图为帧长、帧移的概念和重叠相加的示意图。分帧示意图分帧是用可移动的有限长度窗口进行加权的方法来实现，就是对语音信号进行加窗处理，下图是各种常见窗函数的时域对比图，窗口有多种形状如海明窗（Hamming）、布拉克曼窗（Blackman-Harris）、海宁窗（Hanning）、三角窗（triang）、矩形窗（rectwin）

5、等。各种常见窗函数时域图1.3、短时能量分析语音信号的能量分析是基于语音信号能量随时间有相当大的变化，特别是清音段的能量一般比浊音段的小很多这一特性，能量分析包括能量和幅度这两个方面。短时平均能量的定义：8四川大学锦江学院通信系统课程设计报告其中En是语音信号的一帧的能量，Wn是窗函数，这里选取为海明窗。短时平均能量相当于语音信号平方通过一个线性滤波器的输出，且滤波器的单位函数响应为：语音信号的短时平均幅度定义为：短时能量反映了语音能量随着时间变化的规律，其主要用途是：　（1）可以区分清音段与浊音段，因为浊音段的短时平均能量比清音的大得多。　（2）可以区分有

6、声与无声，无语音信号的噪声能量很小，而语音信号的能量显著的增大到某一个数值，由此可以区分语音信号的开始点或终止点。1.4、短时过零率分析　过零就是信号通过零值，对于连续语音信号，可以考察其时域波形通过时间轴的情况。而对于离散时间信号，如果相邻的取样值改变符号则称为过零，由此可以计算过零率。过零率就是样本改变符号的次数。单位时间内的过零率称为平均过零率。由于语音信号具有短时平稳性，则可以计算其短时平均过零率，定义为：其中，sgn[.]是符号函数，即8四川大学锦江学院通信系统课程设计报告这里采用汉明窗1.5、语音信号的时域分析　　时域分析法是最早的信号分析法，也

7、是应用范围最广的方法。各种电信号可以记录为时域波形，比如脑电图、心电图，自然现象也可以记录为时域波形。下图是汉语“我到黑龙江”的时域波形图，横坐标是时间，纵坐标是幅值。二、仿真程序及仿真结果2.1主要程序functionpushbutton1_Callback(hObject,eventdata,handles)xlim(handles.axes3,[010000]);n=length(y);fori=1:n-1ify(i)>=0b(i)=1;Elseb(i)=-1;endify(i+1)>=0b(i+1)=1;elseb(i+1)=-1;endw(i)=a

8、bs(b(i+1)-b(i));endk=1;8四川