基于matlab的语谱图的显示与分析及dct域数字.doc

摘 要 语谱图一般根据语音信号的时域特性，通过分帧加窗、短时傅里叶变换计算得到其灰度图，也可以进行伪彩色显示观察。首先，为了得到更高的分辨率和更好的视觉效果来进行语音信号的处理与分析，本文利用MATLAB的编程算法和函数库，对运算得到的语谱图使用伪彩色映射算法来观察能量分布，并对声音作进一步的研究；其次，研究了一种基于DCT域数字水印技术的实现算法；最后，试想利用语谱图将运用于图像水印的算法，是否也能运用到音频当中，如果实现了那么将在音频数字水印领域有很大的应用。 文章给出了一种基于MATLAB的语谱图显示原理及实现方法。该算法实现了宽带语谱图的灰度图和彩色图。文中也介绍了语谱图显示的前期准备工作，如语音信号的去噪、预处理和分帧加窗等，实验结果说明了宽带语谱图能够获得较高的时间分辨率，从而反映出频谱快速的时变过程。 然后介绍了一种基于DCT域图像水印算法原理及实现方法。文中通过对现有数字图像水印算法的研究，设计并实现了DCT变换域中嵌入水印的算法。该算法能够根据人眼的视觉对图像数据中频区域不敏感的特性，通过一定的规则对宿主图像分块后依次对每块进行DCT变换，从而实现了水印的嵌入。实验结果表明该算法可以很好的兼顾数字图像水印的鲁棒性和不可见性。 关键词: MATLAB，语谱图，伪彩色映射，DCT，数字水印 第一章 绪论 1.1研究的背景及意义 随着时代的变迁和社会的发展，在这个物欲横流的社会背景下，互联网中传播信息的媒介越来越多，如音视频、图像、数字图书等种类日益繁多。21世纪初，一大批的以网络视频、电子图书、商务办公等新的服务和在线运营为科研。商业等创造了无线的发展空间，新媒体的崛起给互联网带来了巨大的商机。但是在利益的驱使下，通过不正当手段获取和传播未经授权的数字产品的盗版者也异军突起了。因此，为了维护版权所有者属于他们的正当利益，防止盗版等侵权事件屡屡发生，建立良好的知识产权保护制度迫在眉睫。 与数字图像、网络视频等传播媒介的对嵌入水印的要求一样，数字音频水印技术同样也是必须在保证了不损坏或破坏原有的音频数据的情况下，通过对音频数据特性的研究，采用利用一定的算法嵌入水印后，依然可以使得原始音频数据具有一定鲁棒性、不可感知性及可证明性等。与传统的数字图像水印技术和趋于日渐成熟的视频水印技术相比，数字音频水印技术将会是一个长期需要坚持不懈去努力的方向。一是因为人类听觉系统（HAS human auditory system）DCT域数字图像水印算法实现，论文首先通过MATLAB编程实现了音频数据生成宽带语谱图并对器灰度和彩色显示作了对比分析。然后对于原始图像通过DCT变换嵌入水印图像，与原始图像做分析比较，最后实时提取水印并对其质量进行评价。实验结果表明语谱图是语音信号处理中重要的一种工具，用于处理语音信号在图像等领域的应用具有十分重大的意义；证实DCT算法较好达到了数字图像水印的鲁棒性和不可见性之间的平衡。论文各章节具体安排如下： 第一章语音信号处理及数字水印算法的研究背景和意义的阐述，以及对语谱图和数字水印国内外现状的分析。 第二章首先阐述语音信号的基本特征，然后介绍语音信号的产生、预处理，以及使用分帧加窗函数的作用。最后介绍了数字水印的特点，典型算法以及对数字水印算法的性能评价的基准。 第三章主要介绍语谱图的实现过程以及各个过程的具体实施步骤主要包括六个部分：语音录制，数据读入程序，信号分帧加窗，能量密度谱计算，功率谱伪彩色显示，语谱图显示及对结果分析。 第四章主要介绍DCT数字水印算法的设计与实现过程，首先根据人眼对图像的敏感程度确定水印嵌入位置对宿主图像嵌入水印；然后通过与原始图像对比来检测水印是否存在，进而生成含有水印信息的二值图像并对其质量进行评价。 第五章总结主要概括了本课题进行实验结果的说明，其中存在许多需要解决及有待改进的地方，通过对现有水印算法的设计与实现，根据前人所研究成果进一步对下一步的工作进行了阐述。语言信号和图像数字水印技术 2.1概述 语音的发音过程中，声道通常都是处于运动状态的，因此它的共振峰特性也是时变的。不过这个时变过程比起振动过程来说要缓慢得多，因此一般可以假定它是短时平稳的，每一时刻我们都可以用这时刻附近的一短段(例如15ms)语音信号分析得到一种频谱。基于MATLAB的语谱图显示与分析 李富强 2.2 语言信号的预处理 2.2.1 预处理 利用手机等通讯设备录制一段声音，经过音频剪辑软件的去噪后，接下来就可以针对语音信号做一些预处理。本课题中预处理的步骤有以下两个部分： 预加重。可以很方便快捷的压缩信号大致波动的范围，排除一些外力因素的额干扰，一般可以通过一阶数字滤波器来实现将语音信号信噪比提高。这个数字滤波器有6dB/倍频程的提升特性，它的表达式为式(2