课程设计（论文）-基于matlab的语音信号分析

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1、基于MATLAB的语音信号分析摘要：当今语音信号分析技术主要可以分析语音信号的时域与频域方面的分析。在MATLAB的环境下，提取语音信号的特征参数(LPCC)分析，用于信号分析。将语音信号进行分析之后能够运用到人机交互的环境中，从而研究出智能的人机通信问题。关键字：语音信号；MATLAB；人机通信；TheAnalysisofspeechsignalBasedonMATLABAbstract:Thespeechsignalanalysistechnologycananalyzespeechsignalintimedoma

2、inandfrequencydomainanalysisofthe.IntheMATLABenvironment,extractionofspeechsignalfeatureparameters(LPCC)analysis,usedforsignalanalysis.Speechsignalanalysiscanusetohuman-computerinteractionintheenvironment,inordertostudytheintelligentman-machinecommunicationprobl

3、ems.Keyword:Speechsignal;MATLAB;Man-machinecommunication1.前言语音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之一。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，因而可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。2.语音信号基本分析2.1

4、MATLAB的语音信号时域特征分析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短时平稳的。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。图1.1矩形窗和Hamming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hamming窗的定义：一个N点的hamming窗函数定义为如下这两种窗函

5、数都有低通特性，通过分析这两种窗的频率响应幅度特性可以发现（如图1.2）：矩形窗的主瓣宽度小（4*pi/N），具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值大（-13.3dB），会导致泄漏现象；汉明窗的主瓣宽8*pi/N，旁瓣峰值低（-42.7dB），可以有效的克服泄漏现象，具有更平滑的低通特性。因此在语音频谱分析时常使用汉明窗，在计算短时能量和平均幅度时通常用矩形窗。表1.1对比了这两种窗函数的主瓣宽度和旁瓣峰值。图1.2矩形窗和Hamming窗的频率响应表1.1矩形窗和hamming窗的主瓣宽度和旁瓣峰值窗函数主瓣宽度旁瓣峰值矩形

6、窗4*pi/N13.3dBhamming8*pi/N42.7dB2.短时能量由于语音信号的能量随时间变化，清音和浊音之间的能量差别相当显著。因此对语音的短时能量进行分析，可以描述语音的这种特征变化情况。定义短时能量为：，其中N为窗长特殊地，当采用矩形窗时，可简化为：图1.3和图1.4给出了不同矩形窗和hamming窗长的短时能量函数，我们发现：在用短时能量反映语音信号的幅度变化时，不同的窗函数以及相应窗的长短均有影响。hamming窗的效果比矩形窗略好。但是，窗的长短影响起决定性作用。窗过大（N很大），等效于很窄的低通

7、滤波器，不能反映幅度En的变化；窗过小（N很小），短时能量随时间急剧变化，不能得到平滑的能量函数。在11.025kHz左右的采样频率下，N选为100~200比较合适。短时能量函数的应用:1）可用于区分清音段与浊音段。En值大对应于浊音段，En值小对应于清音段。2）可用于区分浊音变为清音或清音变为浊音的时间（根据En值的变化趋势）。3）对高信噪比的语音信号，也可以用来区分有无语音（语音信号的开始点或终止点）。无信号（或仅有噪声能量）时，En值很小，有语音信号时，能量显著增大。图1.3不同矩形窗长的短时能量函数图1.4不同

8、hamming窗长的短时能量函数2.2MATLAB的语音信号频域特征分析1、短时傅立叶变换由于语音信号是短时平稳的随机信号，某一语音信号帧的短时傅立叶变换的定义为：（2.1）其中w(n-m)是实窗口函数序列，n表示某一语音信号帧。令n-m=k'，则得到（2.2）于是可以得到（2.3）假定（4）则可以得到（5）同样，不同的窗口函数，