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.docx

NORTH CHINA UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
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:
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matlab 2016a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,matlab 2016a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 4
MATLAB 2016a介绍 4
VOICEBOX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 10
randn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
18
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matlab 2016a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。
MATLAB 2016a介绍
matlab 2016a是MathWorks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Mike Brookes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,,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,,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程序为:
[a,fs,bit] =readwav('');
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