基于Matlab的音频信号处理与分析算法研究

第１Ｏ卷第３１期２０１０年１１月　ｌ６７１—１８１５（２０１０）３１—７６５２—０４　科学技术与工程　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇ　Ｖｏ１．１０　Ｎｏ．３１　Ｎｏｖ．２０１０　⑥２０１０　Ｓｅｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．　

通信技术　

基于Ｍａｔｌａｂ仿真的语音信号增强算法研究　

杨国荣靳丽君　

（西安铁路职业技术学院，西安７１００１４）　

摘要语音增强技术是语音信号处理的一个重要分支，也是语音识别系统的重要组成部分。简单介绍了现有的各种语音　增强算法，并对目前应用最为普遍的谱相减法作了系统的描述。对传统型、增强型、改进型的谱相减法进行了探讨验证，提出　

了一种基于ｃ语言环境的算法程序，详细地介绍了该程序并画出了它的算法流程图，而且进行了算法仿真，通过分析它在　

一５　ｄＢ，０　ｄＢ，５　ｄＢ的信噪比下的输入输出波形，证明了该程序可以较好地实现语音增强。　关键词　语音增强　谱相减法　Ｍａｒｔｉｎ算法　Ｎ—ｓ流程图　

中图法分类号ＴＮ９１２．３４；　文献标志冯Ａ　

随着语音技术研究的深入和实际应用的增多，　

各种语音处理系统都面临着进一步提高性能的问　

题。语音增强是其中的关键技术之一。从２０世纪　

６Ｏ年代开始，语音增强的研究就一直没有停止。２０　

世纪７０年代由于数字信号处理理论的成熟，语音增　

强曾经形成了一个研究热潮，取得了一些基础性成　

果。２０世纪８０年代以后，ＶＬＳＩ技术的发展为语音　

增强的实时实现提供了可能。目前，除了基于信号　

处理理论研究外，针对人的听觉系统的生理特性研　

究、语言学中上下文联想智能的研究等，都在进一　步推动着语音增强的发展¨　。　

近年来随着数字技术的发展，出现了许多处理　

方法来解决这一问题。常用的方法有谱相减法、维　

纳滤波法、多带通滤波器法、自适应滤波器法等。　

本文对目前应用最为普遍的谱相减法作了系统的　

描述。　

２０１０年６月３０日收到，７月２０日修改　第一作者简介：杨国荣（１９７６一），女，河北衡水人，西安铁路职业技　术学院电子信息系教师，讲师，研究生，研究方向：通信与信息系统　方向研究。Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｇ￣Ｏｌ＠ｔｏｍ．ｃ０ｍ。　１谱相减法　

如何利用Matlab进行音频特征提取

引言：

音频特征提取是音频信号处理领域的重要环节，它可以提取出音频信号的特征参数，进而用于音频分类、识别、检索等应用。在实际应用中，利用Matlab进行音频特征提取是一种常见且有效的方法。本文将介绍如何利用Matlab进行音频特征提取，并逐步详解其步骤和原理。

一、背景知识

在进行音频特征提取之前，我们需要了解一些背景知识。音频信号通常是以时域波形的方式表示的，它是一段连续的时间信号。然而，时域波形无法直接提取到音频信号的有用信息。因此，我们需要将音频信号转换为另一种表示形式，即频域表示。

二、音频信号的频域分析

对音频信号进行频域分析是提取音频特征的第一步。主要包括以下几个步骤：

1. 预处理：首先，将音频信号进行预处理，包括去除噪声、进行均衡化等。这样可以提高信号的质量，减少对后续处理的干扰。

2. 采样和量化：接下来，对预处理后的音频信号进行采样和量化。采样是将连续时间信号转换为离散时间信号，量化是将连续值转换为离散值。

3. 快速傅里叶变换：然后，利用快速傅里叶变换（FFT）将时域信号转换为频域信号。FFT可以将时域波形转换为频谱图，显示出频率和振幅之间的关系。

三、常用的音频特征参数

在频域表示下，我们可以提取出各种音频特征参数。常用的音频特征参数包括： 1. 频谱特征：频谱特征描述了音频信号在频域上的分布情况。常见的频谱特征包括功率谱密度、谱平均值、频谱质心等。

2. 感知特征：感知特征是描述音频信号的听觉感知属性的参数。如音量、音调、音色等。

3. 时域特征：时域特征描述了音频信号在时间域上的变化情况。如时长、均方根能量、过零率等。

四、利用Matlab进行音频特征提取的步骤

现在，我们来详细了解如何利用Matlab进行音频特征提取。以下是具体的步骤：

1. 导入音频文件：首先，使用Matlab的音频文件导入函数，如audioread()或wavread()，将音频文件读取到Matlab的工作空间中。

第２４卷第１期　２０１１年２月　大学物理实验　ＰＨＹｓｌＣＡＩ，ＥⅪ　隙眦ＮＴ　ＯＦ　Ｃ０ＬＩ，Ｅ（；Ｅ　Ｖｏｌ＿２４Ｎ０．１　Ｆｅｂ．２０１１　

文章编号：１００７－２９３４（２０１１）０１－００８３－０３　

基于Ｍａｔｌａｂ的音叉声音信号的采集与分析　

盛翌航，黄原点，王　颖，陆唯一，陈东生　

（上海电力学院，上海２０００９０）　

摘　要：利用Ｍａｔｌ￣实现了声音信号数据的实时采集和分析。通过音　关键词：音叉；数据采集；频谱分析￣Ｍａｔｌａｂ　中图分类号：０４－３３　文献标识码：Ａ　

音叉主要用于乐器调音，也能运用在电动机　

械表中。在医疗方面，音叉也可用来测试病人的　

听力。音叉的用途非常广泛，因此对于音叉声音　

信号的研究具有非常重要的意义。本文设计出一　

套基于Ｍａｔｌａｂ软件的声音信号采集系统，并利用　

它实现对音叉固有频率的测量。　

１　基于Ｍａｔｌａｂ数据采集系统介绍　

Ｍａｔｌａｂ软件提供了各种工具箱。其中的数　

据采集工具箱（ｄａｑｔｏｏｌｂｏｘ），可以对声卡以及其　

他数据采集设备如美国ＮＩ公司的Ｅ系列数据采　

集卡接口板进行控制，并且是一个数据分析与处　

理功强大的工程软件。　

从数据采集的角度来看，声卡是一种音频范　

围内的数据采集卡，是计算机与外部的模拟量环　

境联系的重要途径。声卡可分为模数转换电路和　

数模转换电路两部分，模数转换电路负责将麦克　

风等声音输入设备采到的模拟声音信号转换为电　

脑能处理的数字信号；而数模转换电路负责将电　

脑使用的数字声音信号转换为喇叭等设备能使用　的模拟信号。基于Ｍａｔｌａｂ并结合声卡数据采集　

与分析结构图见图１。　

传感器｝＿　模拟信号处理Ｈ数据采集硬件卜－　微机系统　

图１　流程圈　

２　音叉的发声原理　

音叉由弹性金属（多为钢）制成，末有一柄，两　

收稿日期：２０１０－０７—１２　基金项目：上海市大学生科研创新基金资助：Ａ８４１９２　端分又，型如英文字母‘ｕ’。音叉拥有一个固定　

的共振频率，受到敲击时则震动，在等待初始时的　泛音列过去后，音叉发出的音响就具有固定的音　

第２８卷第４期　２００６年８月　电气电子教学学报　Ｊ０ＵＲＮＡＬ　０Ｆ　ＥＥＥ　ＶｏＩ．２８　Ｎ０．４　Ａｕｇ．２００６　

基于ＭＡＴＬＡＢ和ＤＳＰ的语音信号处理课程的建设　

刘庆华，陈紫强　

（桂林电子科技大学通信与信息工程系，广西桂林５４１００４）　

摘要：语音信号处理课程的主要内容包括语音信号的分析方法及其应用。为了帮助学生理解与掌握课程中的基本原理和基本分析方法，具　有设计开发应用通信语音系统的基本能力，本文在介绍语音信号处理课程的内容和特点的基础上，结合ＭＡＴＬＡＢ软件和数字信号处理器　ＤＳＰ硬件平台，提出了基于ＭＡＴＬＡＢ和ＤＳＰ进行语音信号处理课程建设的途径，并阐述了理论教学和实践教学的一些具体做法及实例。结　果表明取得了良好的教学效果。　关键词：语音信号处理；理论教学；实践教学；ＭＡＴＬＡＢ；ＤＳＰ　中圈分类号－ＴＮ９１２；Ｇ６４２．４２３　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０８—０６８６（２００６）Ｏ４一Ｏ０２６一Ｏ３　

Ｔｈｅ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｐｅｅｃｈ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｃｏｕｒｓｅ　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＭＡＴＬＡＢ　ａｎｄ　ＤＳＰ　

ＬＩＵ　Ｑｉｎｇ－ｈｕａ，ＣＨＥＮ　Ｚｉ。ｑｉａｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ＆Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉＬｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃ－ｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｐｅｅｃｈ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｃｏｕｒｓｅ　ｉｎｃｌｕｄｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｐｅｅｃｈ　ｓｉｇｎａ１．　

Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｈｅｌｐ　ｓｔｕｄｅｎｔｓ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｄ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｐｅｅｃｈ　ｓｉｇ—　ｎａｌ，ａｎｄ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｌｏｉｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｖｅ　ｓｐｅｅｃｈ，ｔｈｅ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｏｆ　ｔｈｅ