1、 工程設計報告題 目：基于MATLAB分析語音信號頻域特征指導教師：學 院：電子工程學院學生姓名：學 號：班 級：2016 年 1 月 6日摘要語音信號的頻域分析包括語音信號的頻譜、功率譜、倒頻譜等，常用的頻域分析方法有帶通濾波器組法、傅里葉變換法、線性參見測法等幾種。本文從傅里葉分析原理出發，估計了短時譜、倒譜，在此基礎上借助頻域分析方法所求得的參數分析了語音信號的基因周期或共振峰。目錄摘要21實驗目的22實驗原理3短時傅立葉變換3語譜圖3基因周期估計3共振峰估計33實驗步驟34實驗內容及結果分析4短時譜分析4基音周期和共振峰的估計6倒譜分析9語譜圖105參考程序代碼10短時譜和語譜圖10倒

2、譜和復倒譜116實驗總結11參考文獻111實驗目的信號的傅立葉表示在信號的分析與處理中起著重要的作用。因為對于線性系統來說，可以很方便地確定其對正弦或復指數和的響應，所以傅立葉分析方法能完善地解決許多信號分析和處理問題。另外，傅立葉表示使信號的某些特性變得更明顯，因此，它能更深入地說明信號的各項物理現象。 由于語音信號是隨著時間變化的，通常認為，語音是一個受準周期脈沖或隨機噪聲源激勵的線性系統的輸出。輸出頻譜是聲道系統頻率響應與激勵源頻譜的乘積。聲道系統的頻率響應及激勵源都是隨時間變化的，因此一般標準的傅立葉表示雖然適用于周期及平穩隨機信號的表示，但不能直接用于語音信號。由于語音信號可以認為在

3、短時間內，近似不變，因而可以采用短時分析法。本實驗要求掌握傅里葉分析原理，會利用已學的知識，編寫程序估計短時譜、倒譜，畫出語譜圖，并分析實驗結果，在此基礎上，借助頻域分析方法所求得的參數分析語音信號的基音周期或共振峰。2實驗原理短時傅立葉變換由于語音信號是短時平穩的隨機信號，某一語音信號幀的短時傅立葉變換的定義為： 語譜圖水平方向是時間軸，垂直方向是頻率軸，圖上的灰度條紋代表各個時刻的語音短時譜。語譜圖反映了語音信號的動態頻率特性，在語音分析中具有重要的實用價值。被成為可視語言。基因周期估計濁音信號的倒譜中存在峰值，它的出現位置等于該語音段的基音周期，而清音的倒譜中則不存在峰值。利用倒譜的這個

4、特點，我們可以進行語音的清濁音判決，并且可以估計濁音的基音周期。共振峰估計對倒譜進行濾波，取出低時間部分進行進行逆特征系統處理，可以得到一個平滑的對數譜函數，這個對數譜函數顯示了輸入語音段的共振峰結構，同時譜的峰值對應于共振峰頻率。通過此對數譜進行峰值檢測，就可以估計出前幾個共振峰的頻率和強度。3實驗步驟首先對語音信號進行短時傅立葉變換，分析它的短時譜，觀察它們的語譜圖，并估計語音信號的基音周期和共振峰。4實驗內容及結果分析短時譜分析不同N值時： N=128時N=256時 N=512時實驗結果分析：通過以上各圖可以看出：N取不同的值得到的短時譜圖是不同的，N越大，窗口的長度越大，短時譜變化越明

5、顯，頻率分辨率越高，短時譜的波形看的更加清楚。時間分辨率高，可以看出時間波形的每個周期及共振峰隨時間的變化，但頻率分辨率低，不足以分辨由于激勵所形成的細微結構。基音周期和共振峰的估計接下來，通過選取語音信號的不同段，來分析語音信號，并估算語音信號的基音周期和共振峰。1000到3000內的噪聲頻譜圖如下：分析：從圖中看不出明顯的周期性，頻率分布廣，具有明顯的噪聲特性。23000到29000內的清音頻譜圖如下： 分析：從圖中我們發現沒有周期性，頻域峰值點是隨機的。具有輔音的特點。26500到29000內的濁音頻譜圖如下： 從圖中可以明顯地看出周期性，具有元音的特點。 對比之前的圖可以看出，高頻成份

6、明顯地增多；經過放大之后也可看出有了共振峰。 倒譜分析實驗結果分析： 從上可以看出基音周期大致為130Hz。語譜圖5參考程序代碼短時譜和語譜圖clear a=audioread('xd.wav'); subplot(2,1,1), plot(a); title('original signal'); grid N=256; h=hamming(N); for m=1:N b(m)=a(m)*h(m) end y=20*log(abs(fft(b) subplot(2,1,2) plot(y);title('短時譜'); grid x=audior

7、ead('xd.wav') specgram(x,512,fs,100); xlabel('時間（s）'); ylabel('頻率(Hz)'); title('語譜圖'); 倒譜和復倒譜clear a=audioread('xd.wav'); N=300; h=hamming(N); for m=1:N b(m)=a(m)*h(m); end c=cceps(b); c=fftshift(c); d=rceps(b); d=fftshift(d); subplot(2,1,1) plot(d);title('加矩形窗時的倒譜') subplot(2,1,2) plot(c);title('加矩形窗時的復倒譜圖') 6實驗總結通過本次實驗，掌握了傅立葉分析原理，熟悉了使