信号与系统三级项目——基于matlab的语音信号采集与分析.docx

信号与系统三级项目基于matlab的语音信号采集与分析姓名：班级：电子信息工程2班课程名称：信号与系统指导教师：闫盛楠2017年6月基于Matlab的语音信号采集与分析（燕山大学信息科学与工程学院）摘要：此次三级项目的内容是：通过运用Matlab语言实现语音信号的采集、分析和处理。在本次项目中，我们首先利用Matlab实现了对语音信号的采集，读取，然后对读入的声音信号进行了频域分析，之后定性与定量地判别了男女声，最终验证了抽样定理，得出了利用手机通信时对声音的采样应不低于8000Hz的结论。前言：通过这次三级项目的实施，我们对Matlab语言的使用、信号的采集与分析及抽样定理都有了深刻的理解，我们将我们的理解与收获以报告的形式记录下来，以便于更好的总结。在本次信号与系统的三级项目中，负责语音信号的采集与资料的收集，负责声音信号的读入、频谱分析、辨别男女声以及书写报告，负责验证抽样定理，负责制作ppt。在整个过程中，我们既有分工，又相互合作，共同解决棘手的问题。最终完成了三级项目要求的内容：对男声女声的频谱有了较为深深刻的印象，可以简单的辨别男女声音，验证了抽样定理的准确性并验证了电话可以对语音信号采用8kHz的采样速率的结论。ⅠMatlab简介Matlab的全称是Matrix Laboratory，中文翻译名称是矩阵实验室，Matlab由美国Mathworks公司出品，用于算法计算、矩阵分析、数值计算、和将数据达到可视化的高级技术计算机语言和交互式环境。主要包括Matlab和Simulink。Matlab的功能有分析目的数值，计算各种矩阵，将科学数据以各种图形，图表形式展现出来，更在建立非线性动态系统模型和仿真方面拥有自己的优势。在工程设计，科学研究等多方面科学研究领域发挥了强大的作用。Matlab可以实现函数和数据的图形绘制，算法实现，图形用户界面的创建，矩阵运算，连接其他编程语言的程序等。应用领域有信号处理与通信、图像处理、控制设计、工程设计。语音信号处理，顾名思义是将信号处理与语音学相结合的科学，被应用于现代通信领域，人与人、人与机器之间的信息交流。而Matlab作为一种拥有强大功能，交互性好的计算数值和图形可视化计算高级语言，能够将信号处理以及数值分析综合在一起。伴随着Matlab功能越来越强大，其广泛应用于仿真、数字语音信号处理、数字图像处理等领域。直接利用Matlab信号处理工具箱中的库函数，可以很快捷的对数字化的语音信号进行分析。Ⅱ主要内容2.1语音信号的产生及组成起初，说话者会在自己的大脑中产生想表达的语言内容，然后将这些内容用其包含的响度、音速序列、基音周期的起伏顺序等表示出来，类似于对这些内容编码。完成信息编码后，说话者用一些专用的神经肌肉发出命令控制自己的声带振动，控制声道的形状以达到发出编码中的声音序列。这些信息以声波的方式在空气中传播，传递到语音收听人的耳中，那么，语音感知的过程开始。2.2 语音信号的采集与读取语音信号的采集方式有多种，在本次项目中要求用麦克风和声卡采集一段语音信号。在实施项目的过程中，我们一共总结了三种采集声音信号的方式。一是利用windows自带的录音机，缺点是采样率是一个固定值，无法进行设置；二是利用Matlab语言进行声音的录制，缺点是要调用代码，调用函数才能获得语音信号，不够方便；三是利用录音笔进行声音信号的采集。考虑实际情况，我们选择通过利用录音笔设置采样率为48000Hz后进行声音信号的采集，其中，男生女生各录制一段内容相同的语音，长度约为10s。在声音信号采集完成后，进行了将声音信号读入matlab的步骤。在网上搜的资料基本上全是老版本的Matlab，于是保存的函数用的都是wavread，然而自从2013版本之后，通过参考帮助文档，发现这个函数就被换成了audioread（file）,参数为待读取音频的路径。[y,fs]=audioread(file);这样，就将声音信号的信息转换为一个矩阵变量并把它赋给了y；将采样率（即之前设置好的48000）赋给了fs。实现了语音信号的采集与读取。2.3对语音信号进行频谱分析频谱分析就是计算信号的频谱，包括幅度谱和相位谱。最初引入离散傅里叶变换(DFT)的目的就是为了使计算机能够帮助分析连续时间信号的频谱，然而，当N很大的时候，求一个N点的DFT要完成N*N次复数乘法和N(N-1)次复数加法，其计算量相当大，1965年库利和图基巧妙地利用了ωn因子的周期性和对称性，构造了一个DFT快速算法，即快速傅里叶变换（FFT），而快速傅里叶变换的出现使这种分析方法的实用价值更加突出。通过对FFT的简单了解，对语音信号的分析我们采用如下方案：使用plot函数画出已经导入到程序中的声音信号的时域波形，并对原始波形进行用FFT函数傅里叶变换后，再