数字语音处理课程设计

数字语音处理课程设计(论文)任务书软件学院软件+信息工程专业 07－1 班一、课程设计(论文)题目语音信号处理二、课程设计(论文)工作自2010年12月6日起至2010年12月10日止。

三、课程设计(论文) 地点: 图书馆、通信实验室四、课程设计(论文)内容要求：1．本课程设计的目的1）使学生掌握语音信号处理的基本概念、基本理论和基本方法；2）培养学生掌握语音信号采集过程；3）使学生掌握语音信号传输的特点；4）培养学生分析、解决问题的能力；5）提高学生的科技论文写作能力；6）学会使用MATLAB，Praat等工具软件。

2．课程设计的任务及要求1）基本要求：（1）用COOLEDIT录制一段语音信号；（2）对语音信号进行采样，画出采样后语音信号的时域波形、频谱图和语谱图；（3）利用MATLAB中的随机函数产生噪声加入到语音信号中，再进行频谱分析；（4）设计滤波器，并对被噪声污染的语音信号进行滤波，画出滤波前后信号的时域波形和频谱，并进行比较分析；（5）对处理后的语音信号进行回放。

2）创新要求：在基本要求达到后，可进行创新设计，如采用多种滤波器对信号进行处理；经过对录制的语音进行分析，能合成对应的语句。

3）课程设计论文编写要求（1）要按照书稿的规格打印誊写课程设计论文；（2）论文包括目录、中文摘要、绪论、正文、小结、参考文献、附录等；（3）按课程设计论文装订采用学校统一封面；4）评分要点：（1）完成原理分析；（2）完成仿真分析；（3）完成语音回放；（4）回答问题；（5）格式规范；5）参考文献：（1）胡航.《语音信号处理》哈工大出版社（2）Lawrence Rabiner.《语音信号数字处理》科学出版社（3）杨翠娥.《高频电子线路实验与课程设计》哈尔滨工程大学出版社，学生签名：2010年12月6日6）课程设计进度安排内容天数地点构思及收集资料 0.5 图书馆仿真分析员 3.5 实验室撰写论文 1 图书馆、实验室课程设计(论文)评审意见（1）原理分析（10分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（2）时域分析（25分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（3）频域分析（25分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（4）噪声分析（25分）：优（）、良（）、中（）、一般（）、差（）；（5）语音回放（15分）：优（）、良（）、中（）、及格（）、差（）；（6）格式规范性及考勤是否降等级：是（）、否（）评阅人：罗晖职称：副教授2010年12月15日摘要语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，是一门新兴的交叉学科，是在多门学科基础上发展起来的综合性技术。

它涉及到数字信号处理、模式识别、语言学、语音学、生理学、心理学及认知科学和人工智能等许多学科领域。

语音信号处理是目前发展最为迅速的信息科学研究领域中的一个，其研究设计一系列前沿课题，切处于发展之中。

其研究成果具有重要的学术及应用价值！语音信号的采集和分析技术的应用和发展与语音学、声音测量学、电子测量技术等学科紧密联系，其中语音采集和分析仪器的小型化、智能化、数字化以及多功能化的发展越来越快，分析速度较以往也有了大幅度的提高。

本次课程设计主要介绍了语音信号的录制、语音信号的采集与分析、语音信号的采样、语音信号的频谱分析、加噪后的频谱分析、滤波器的设计以及对于语音信号的回放等知识。

通过PC机或COOL EDIT PRO录制一段语音信号，运用MATLAB或Praat对其进行仿真分析，然后设计滤波器加入噪声进行滤波处理，比较滤波前后始于波形或频谱的变化，最后实现对于语音的回放设计！关键词：语音信号，采集与分析，语音回放，滤波器，MATLAB目录1.绪论 (1)2.语音信号处理的原理 (3)3.语音信号的录制与采集 (5)4.语音信号的时域及频域分析 (7)5.语音信号的加噪与频谱分析 (11)6.滤波器的设计及分析 (14)7.语音信号的回放 (19)8.小结 (20)9.参考文献 (22)10.附录 (23)1.绪论1.1课题背景及意义语音信号处理是一门比较实用的电子工程专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。

通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。

语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。

语音是语言的声学表现，是声音和意义的结合体，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

语言和语音夜市人类进行思维的一种依托，他与人的智力活动密切相关，也文化和社会的进步紧密相连，具有最大的信息容量和最高的智能水平。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时有时综合性的多科学领域和涉及面很广的交叉学科。

它是许多信息领域应用的核心技术之一，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的一个！同时也是目前极为活跃的热门的研究领域，其研究涉及一些列前沿科研课题，切处于迅速发展之中；其研究成果具有重要的学术及应用价值。

1.2国内外研究现状20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号处理的理论和技术基础。

随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理在最近20多年中取得了重大进展：进入70年代之后，提出了语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC）,已成为语音信号处理最前有利的工具，广泛应用于语音信号处理的分析、合成及各个应用领域；以及用于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法。

80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术——矢量量化应用于语音信号处理中；而隐式马尔科夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大进展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。

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使其发展的重要动力之一；同时，他的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项应用之中，尤其语音识别是神经网络的一个重要应用领域。

1.3课题研究目的通过本次课程设计，巩固所学的语音信号处理的理论知识，使自己掌握语音信号处理的基本概念、基本理论和基本方法，培养自身掌握语音信号采集过程以及语音信号传输的特点，同时培养自身分析和解决问题的能力！1.4软件介绍1.4.1 MATLABMATLAB的名称源自于Matrix Laboratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。

MATALB将高性能的数值计算和强大的数据可视化功能集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，而且利用MATLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而在不断深化对为题认识的同时，不断完善MATALB产品以提供哦啊产品自身的竞争能力！MATLAB主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

1.4.2 PRAATPraat语音学软件，原名Praat: doing phonetics by computer，通常简称Praat，是一款跨平台的多功能语音学专业软体，主要用於对数字化的语音信号进行分析、标注、处理及合成等实验，同时生成各种语图和文字报表。

Praat的主要功能是对自然语言的语音信号进行采集、分析和标注，并执行包括变换和滤波等在内的多种处理任务。

作为分析结果的文字报表和语图，不但可以输出到个人计算机的磁碟文件中和终端的显示器上，更能够输出为精致的向量图或点阵图，供写作和印刷学术论文与专着使用。

此外，Praat还可用於合成语音或声音、统计分析语言学数据、辅助语音教学测试，等等。

随着新版本的发布，Praat的功能和用途仍在不断扩展，但实际上多数用户只需要用到一小部分功能。

2.语音信号处理的原理2.1 采样、采样频率及采样位数由于声音为模拟连续信号，而计算机只能处理数字离散信号，因此要使用计算机来分析和处理声音，就需要经历模数转换过程[Analog to Digital Converter，即ADC]，即将模拟的连续信号转换为数字离散信号。

采样就是按照一定的时间间隔从模拟连续信号提取出一定数量的样本来，其样本值用二进制码0和1来表示，这些0和1便构成了数字音频文件，其过程实际上是将模拟音频信号转换成数字离散信号。

采样频率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本，采样频率越高，即采样的间隔时间越短，则在单位内计算机得到的声音样本数据就越多，对声音波形的表示也越精确，即数字信号的保真度越高，但同时占用的存储空间也越大。

只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时，才能把数字信号表示的声音还原成原来的声音。

采样位数即采样值或取样值，用来衡量声音波动变化的参数，是指声卡在采集和播放文件时所使用数字声音信号的二进制位数。

采样位数和采集率对于音频接口来说是最为重要的两个指标，也是选择音频接口的两个重要指标。

无论采样频率如何，理论上来说采样的位数决定了音频数据最大的力度范围。

采样率越高，计算机社区的图片越多，对于原始音频的还原也越加精确！2.2 时域分析与频域分析语音信号是一种非平稳、事变、离散性大、信息量大的复杂信号，处理难度很大。

它携带着各种信息。

在语音通信、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提供语音中包含的各种信息。

只有将语音信号分析成表示其本质特性的参数，才有可能利用这些参数进行高效的语音通信，才能奖励用于语音合成的语音库以及用于语音识别的模版或知识库。

语音信号分析可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法，直接对语音信号的时域波形进行分析，提取的特征参数主要有语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等。

信号的傅立叶表示在信号的分析预处理中起着重要的作用。

因为对于线性系统来说，可以很方便的确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅立叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。

另外，傅立叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此，它能更深入地说明信号的各项变化。

由于语音信号是随着时间变化的，通常认为ieyuyin是一个受准周期脉冲或随机噪声源机理的线性系统的输出。

输出频谱是升到系统频率响应与激励预案频谱的成绩。