数字信号在语音处理上的应用

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1、一、研究背景和价值语言是人类交流信息的基本手段，在人们日益扩大的交流中占据着重要地位。在如今高度发达的信息社会中用数字化的方法进行语音的传送、储存识别、合成、增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的组成部分之一随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理的研究也日益显示出它的要性，并取得了重大进展。虽然语音信号处理作为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的形式。同时，语言也是人与机器之间进行通信的重要工具，他是一种理想的人机通信方式

2、，因而可为信息处理系统建立良好的人机交互环境，进一步推进计算机和其智能机器的应用，提高社会的信息化程度。数字信号外理是许多科学和工程技术领域中不可缺少的一个方面，在通信、雷达、语音处理、图象处理、声学、地震学、地质勘探、气象学、遥感、生物医学工程、核工程、航天工程等领域中都离不开数字信号处理。随着计算机技术的发展,数字信号处理技术得到飞速发展。现在，已经从最初的只是用数字方法去完成模拟信号处理的基本功能发展成为一门独立的学科。数字信号处理在其发展初期是与模拟信号处理密切相关的。模拟信号处理讨论的两个主要问题是滤波器设计和频谱分析。模拟信号处理所研究的问题主要局限在这两个方

3、面，这是与当时信号处理的数学基础和物理依托有关的。当时能够完成电信号滤波的主要手段是依靠LC网络，相应的数学分析工具是傅里叶变换。数字信号处理在其发展的初期只是试图用数字方法代替模拟方法去完成上述任务。20世纪60年代形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅里叶变换等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的发展，语音信号处理取得了重大的进展。70年代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，成为语音信号处理的有力工具。近年来人工神经网络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之一，同时它的许多成果也体现在

4、有关语音信号处理的各项技术中。因此,在60年代和70年代初期,数字信号处理领域中的大量研究工作以及发表的大量论文和著作都集中于两个方面。一方面是数字滤波器(仍限于低通、高通、带通、带阻等类型)的设计，即各种FIR、nR数字滤波器设计硬件实现结构以及稳定性。有限字长效应等问题;另一方面是FFT的各种算法。二、研究任务首先是要对所需处理的语音信号的采集，运用MATLAB对其时域、频率响应、幅值、相位、频谱做出分析。然后对获取到的语音信号进行倒谱处理，接着用滤波器对加信号进行滤波。最后进行数据转换，使用不同的采样频率对信号进行处理得到不同频率下的时域波形及其频谱。对比不同采样率

5、下语音信号的差别。完成各部分任务的程序设计，并做出仿真分析。三、任务实施1、语音信号采集由于条件限制，本实验中采集的语音是通过音乐播放器截取的一段语音，文件名为“guxiang1”，然后通过软件处理转换成wav格式的语音信号并保存，以作为实验处理的语音信号，完成后续实验分析。2、工具选择在本次仿真使用的工具是MATLAB，MATLAB（矩阵实验室）是MATrixLABoratory的缩写，是一款由美国TheMathWorks公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图

6、像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。MATLAB具有很多优点，编程环境比较简单，容易实现，易于操作，而且处理能力特别强，它的内部包含了许多模块集合小工具，可以编程，也可以进行建模，完成许多方面的仿真分析。而且编程即支持汇编，也支持C++，有丰富的图形库，所以在本实验中，选取MATLAB作为仿真工具。四、仿真及分析1.语音信号时域和频谱时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。本文分析的语音信号“guxiang1”的时域图如图1所示，还包含该信号的幅

7、值及相位。图1语音信号的波形、幅值和相位频率响应函数频率响应函数是描述测试系统动态特性的重要参数，通过频率响应函数进行频率分析也是进行数字滤波器设计的重要方法。频率响应函数是系统输出与输入的傅里叶变换之比实验时用冲激函数作为系统激励信号，用各种数字滤波器作为测试系统。冲激函数具有无限宽广的频谱，用冲激函数做激励信号相当于对测试系统输入所有频率的信号，系统必然有对应的输出。计算出系统输出与输入的傅里叶变换之比，就是系统的频率响应函数。语音信号“guxiang1”的频率响应图如图2所示。图2信号频率响应图频谱任一信号，只要符合一定