语音信号的采集与分析—音频信号时域和频域特征分析课程设计论文

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1、NORTHCHINAUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY综合课程设计班级：14海洋技术专业姓名：董一点学号：5指导教师：黄晓红报告时间：2017.1.5语音信号的采集与分析——音频信号时域和频域特征分析摘要本论文利用matlab2016a和voicebox对信号进行时域特征和频域特征的研究，并对语音信号进行综合仿真分析，voicebox的利用大大缩短研究的时间，简化matlab代码，matlab2016a的使用，也让matlab分析效率大大提高关键词：时域分析，频域分析，voicebox，matlab目录语音信号的采集与分析2——音频信

2、号时域和频域特征分析2课程设计的目的和意义、国内外研究现状4课程设计目的和意义4国内外研究现状4所需工具介绍4MATLAB2016a介绍4VOICEBOX介绍4时域特征分析4短时平均能量5短时平均幅度6短时平均过零率7频域特征分析8短时傅立叶变换求短时谱8语音信号语谱图9语音信号的综合仿真分析（降噪）10所需概念介绍10高斯噪声10中值滤波10randn函数10加入噪声和降噪的过程11降噪前后综合仿真分析13时域对比分析13频域对比分析16全部代码以及全部解释18时域频域分析.m18降噪前后时域频域仿真分析19参考文献21附录21课程设计的目的和意义、国内外研究现

3、状课程设计目的和意义加深理解和巩固数字信号处理和声学的相关知识。培养运用matlab软件独立分析问题、解决问题的实际工作能力；提高语音信号的时域、频域分析能力。国内外研究现状语音识别技术是2000年至2010年间信息技术领域十大重要的科技发展技术之一。它是一门交叉学科，正逐步成为信息技术中人机接口的关键技术。语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业。所需工具介绍在编辑程序中，为了简化编程的步骤，我在matlab2016a中使用voicebox工具箱，以下给出两者的介绍，所有的介绍都摘自官方网站。MATLAB2016a介绍matlab2016a是Math

4、Works出品一款的商业数学软件，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，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。VOICEBOX介绍VOICEBOX是一个语音处理工具箱，它由MATLAB程序组成，它主要是由英国伦敦大学的电子与电子工程学院的MikeBrookes编写的。时域特征分析时域是一个数学或物理词汇，表示以时间为轴线，以时间为标尺为基准。按照要求，对采录声音dyd.wav第一声道的短时平均幅度，短时平均能量，短时平均过零率，短时平均幅度三个特征量进行提取。以下为方便审查，将matlab程序用加粗斜体标出。短时平

5、均能量定义n时刻某语音信号的短时平均能量为：En=-∞+∞xmwn-m2=m=n-（N-1）n[x(m)w(n-m)]2式中，N为窗长，可见短时能量为一帧样点值的加权平方和。我选择使用矩形窗进行计算，则在公式中w(n-m)=1;En=m=n-（N-1）n[x(m)]2然后将帧数设为256，dyd.wav声道中的单声道a中一共样点，所以我的窗长为/265=848，在此之前我需要利用voicebox中的enframe函数对a声道进行分帧，官方给出的enframe函数使用方法如下：[f,t,w]=enframe(x,win,hop,m,fs)所以我设计的matlab程序

6、为：[a,fs,bit]=readwav('dyd.wav');a=a(:,1);E=enframe(a,256);amp=sum(E.^2,2);短时平均幅度短时能量的一个问题是对信号电平值过于敏感，在定点实现时很容易产生溢出。为了克服它，定义一个短时平均幅度函数衡量语音幅度变化。我在这里仍然选择矩形窗口：Mn=m=n-N-1nxnwn-m=m=n-N-1nxn在不更改enframe分帧处理情况下，我给出matlab程序如下;M=sum(abs(E),2);短时平均过零率定义为每帧内信号通过零值的次数。过零率在一定程度上可以反映信号的频率信息。短时平均过零率的定

7、义为，此处我给出在矩形窗口下的公式：Zn=m=n-N-1nsgnxm-sgnxm-1w(n-m)=m=n-N-1nsgnxm-sgnxm-1因为出现x(m-1),在这里需要利用enframe函数对信号重新进行设定,给出matlab程序如下;tmp1=enframe(a(1:end-1),256);tmp2=enframe(a(2:end),256);Z=sum(abs(sign(tmp2)-sign(tmp1)),2);频域特征分析频域是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。短时傅立叶变换求短时谱短时傅里叶变换（STFT，short-timeFouriertr

8、ansfo