数字变声器 01512102段君曌.doc

上海工程技术大学 电子电气学院 2015年第2学期 数字语音信号处理技术 题 目： 数字变声器综述 专业班级： 0座机电话号码 姓 名： 段君曌 学 号： 0座机电话号码 摘要 变声器的原理是通过改变输入声音频率，进而改变声音的音色、音调，使输出声音在感官上与原声音不同。变声器是借助对声音音色和音调的双重复合改变，实现输出声音的改变。通过自己发声，共振峰频率的改变是基于重采样实现的。 目前，语音伪装系统（变声器）被广泛应用于社会的各个领域。语音伪装设备经常出现在以下几个方面：为了防止打击报复，保护举报人的人身安全的匿名举报系统；记者采访时对采访对象声音的处理，保护被采访人的安全；应用于电台或电视台，可对热线电话进行声音的处理。独居女士和小孩；可用变声器应付骚扰电话和陌生人来访。另外，在智能手机或者平板电脑等便携式移动终端中利用变声器开发的小游戏等。因此，变声器的应用范围及其广泛。 关键字：变声器 共振峰频率 语音伪装 第一章 数字变声器概述 1.1变声器定义 变声器是通过改变输入音频的音色、音调，将变声后的音频输出的工具。根据变声器材质不同，变声器分为变声器硬件和变声器软件。变声器硬件，即通过硬件实现变声的工具，譬如，知名动画名侦探柯南中，柯南侦破案件时扮演毛利小五郎时，使用的蝴蝶结，就是一种变声器，柯南正是通过这一蝴蝶结，模拟成毛利小五郎的声音，进行案件侦破的，这一变声器可称之为蝴蝶结变声器。变声器软件，即通过软件实现变声的工具，软件类变声器，运行平台皆为电脑系统无论是硬件变声器，还是软件变声器，其原理都是，通过改变输入声音频率，进而改变声音的音色、音调，使输出声音在感官上与原声音不同。我们每个人的声音不同，源于我们的每个人的音色和音调不同，我们所说的男中音、男高音，就是音调的不同，而即便音调一致，我们依然能区分出两个不同人的声音，或不同乐器的声音，这就是音色的不同。变声器，正是借助对声音音色和音调的双重复合改变，实现输出声音的改变。 第二章 变声器原理及实现 2.1基本原理 语音科学家将人类发声过程视作一个由声门源输送的气流经以声道、口、鼻腔组成的滤波器调制而成的。人类语音可分为有声语音和无声语音，前者是由声带振动激励的脉冲信号经声腔调制变成不同的音，它是人类语言中元音的基础，声带振动的频率称为基频。无声语音则是声带保持开启状态，禁止振动引发的。一般来说，由声门振动决定的基频跟说话人的性别特征有关，如下表，而无声语音则没有体现这个特征。说话人的个性化音色和语音的另外一个声学参数——共振峰频率的分布有关。儿童由于声道短，其共振峰频率高于成年人，成年女性的声道一般短于成年男性，所以女性的共振峰频率一般高于男性。 表2.1 男声、女声和童声基频、共振峰频率关系表 人群 基频分布Hz 共振峰频率分布 男声 [50, 180] 偏低 女声 [160, 380] 中 童声 [400, 1000] 偏高 由上可知，在进行性别变声时，主要考虑基频和共振峰频率的变化。当基频伸展，共振峰频率也同时伸展时，可由男声变成女声，女声变成童声；反之，基频收缩，共振峰频率也同时收缩时，则由童声变女声，女声变男声。为了获得自然度、真实感较好的变声效果，基频和共振峰频率通常必须各自独立地伸缩变化如图2.1。 图2.1 基频和共振峰频率分布的变化 共振峰频率的改变是基于重采样实现的，从重采样原理知道，这也同时引发了基频的变化，为保证基频变化和共振峰频率变化的独立、互不相关，在基频移动时必须考虑抵消重采样带来的偏移，理论上只要基频检测足够精确，确实可以保证基频改变和共振峰频率改变间的互不相关。 2.2数字变声器的实现 频率 图2.2语音处理实现框图 实现步骤： 1）语音信号的语音信号的频谱分析设计数字滤波器和画出其频率响应用滤波器对信号进行滤波比较滤波前后语音信号的波形及频谱 2.4仿真结果及分析 原始与恢复音频对比 原始与恢复音频对比 采集到的男子声音信号大都分布在较低的频段上，即男子话音的基频较低。 （2）滤波前后波形对比 滤波前后波形对比 信号经过滤波器处理后，保留了有效的频率成分，一定程度上去除了干扰信号。 （3）男声变童声后音频对比 男声变童声后音频对比 变声前后，音频信号的时域波形被压缩，总体形状无太大变化。 （4）男声变童声后频谱对比 男生变童声后频谱对比 改变信号的基频可以实现语音的变调。零频附近的信号被削弱，而对应于 【10000，24000】频点部分的信号得到加强 （5）男声变老人声音音频对比 男声变老人声音音频对比 男声变老人声前后，音频的时域波形被展宽，总体形状变化不大。 男声变老人声频谱对比 男声变老人声频谱对比 男声变老人声前后声音的高频成分被削弱，而低频成分得到加强。【0，18000】频