语音信号实验三.doc

实用标准文案 精彩文档 语音信号实验三 语谱图 实验目的 1．掌握语音信号端点检测的短时傅里叶分析效果与窗长、窗形状的关系； 2．掌握语音信号端点检测的语谱图效果与窗长、窗形状的关系；。 实验原理 1．短时傅里叶变换的定义 不同的窗口函数序列，将得到不同的傅里叶变换的结果。 当n取不同值时窗w(n-m)沿着x(m)序列滑动， w(n-m)是一个“滑动的”窗口。 2.窗口序列的作用 波形乘窗函数， 在窗口边缘两端不引起急剧变化，使波形缓慢降为零， 对信号谱与窗函数的傅里叶变换进行卷积。 a.窗函数的特性： ①频率分辨率高，即主瓣狭窄、尖锐； ③通过卷积，在其他频率成分产生的频谱泄漏少，即旁瓣衰减大。 这两个要求相互矛盾，不能同时满足。 b.主瓣宽度与窗口宽度成反比。 (1)直角窗 第一个零点位置为2π/N，显然它与窗口宽度成反比。 第一旁瓣的衰减只有13.2dB，不适合用于频谱成分动态范围很宽的语音分析中。 (2)海明窗 第一个零点位置为4π/N，显然它与窗口宽度成反比。 旁瓣的衰减大于42dB， 具有频谱泄漏少的优点，频谱中高频分量弱、波动小，因而得到较平滑的谱。 对语音波形乘以海明窗，压缩了接近窗两端的部分波形，等效于用作分析的区间缩短40％左右，频率分辨率下降40％左右。 乘以合适的窗函数，能抑制基音周期与分析区间的相对相位关系的变动影响，得到稳定的频谱。 乘以窗函数将导致分帧区间缩短，所以为跟踪随时间变化的频谱，要求一部分区间重复移动。 3.窗口宽度的影响 N值太大时，信号的分帧已失去了意义。 应折衷选择窗定N. 频率分辨率随窗口宽度的增加而提高，同时时间分辨率降低; 窗口取短，频率分辨率下降，时间分辨率提高; 因而二者是矛盾的。 a.N＝ 500时（取样率 10 kHz，窗持续时间50ms）时直角窗及海明窗下浊音语音的频谱。 (1)时间波形的周期性， 基频及其谐波在频谱中表现为等频率间隔的窄峰。 (2)共振峰 (3)由于声门河脉冲谱的高频衰减特性，频谱在高频部分表现出下降的趋势。 (4)（d）中基音谐波尖锐度增加，矩形窗频率分辨率较高。 (5)矩形窗较高的旁瓣产生了一个类似于噪声的频谱。 相邻谐波间不希望有的“泄漏”存在。 b.N＝ 50的比较结果（取样率 10 kHz，窗持续时间为5 ms）。 直角窗及海明窗下浊音语音的频谱。 窗口很短. (1)均不能反映信号的周期性。 (2)共振峰 用窄窗可得到好的时间分辨率， 用宽窗可以得到好的频率分辨率。 由于采用窗的目的是要限制分析的时间以使其中波形的特性没有显著变化，因而要折衷考虑。 语谱图 语谱图纵轴为频率，横轴为时间。 任一给定频率成分在给定时刻的强弱用相应点的黑白度即色调的浓淡来表示，频谱值大则记录得浓黑一些，反之则浅淡一些。 窄带语谱图有良好的频率分辨率及较差的时间分辨率； 宽带语谱图具有良好的时间分辨率及较差的频率分辨率。 窄带语谱图中的横线（即时间座标方向）表示的是基音及其各次谐波； 宽带语谱图给出语音的共振峰频率及清辅音的能量汇集区，这里，共振峰（声道谐振）呈现为黑色的条纹。 可用测量语 谱图的方法来确定语音参数，例如共振峰频率及基频。 实验要求 利用XP中的录音机程序（程序——附件——娱乐——录音机）以属性11025，16位，单声道，21KB/秒，录制下面语音(以”.wav” 文件格式存于\lab_1\data目录下) “信息科学” 利用试验提供的 语音信号处理实验一程序 将语音分段，并以”.dat”文件格式存于 MATLAB\speech\lab_1\data目录下。 4．利用试验提供的 语音信号处理实验三程序，对该段语音(.dat格式)进行短时傅里叶分析、语谱图。 5．观察窗长、重叠、窗形状对短时傅里叶分析结果的影响，并粗略绘出窗长分别为57、555，重叠比率为50%的海明窗和直角窗的短时傅里叶分析结果图；粗略估计出前三个共振峰的的频率。 6．观察窗长、重叠、窗形状对语谱图结果的影响。 程序使用 运行MATLAB 更改MATLAB的当前路径到MATLAB\speech\lab_3 在MATLAB的命令窗口输入main 进入 语音信号处理 实验三程序 单击“读取dat文件” 按钮。 单击“语谱图” 按钮。 得到语谱图结果。 6. 单击“FFT分析” 按钮。 得到FFT分析结果。 按 空格键 分析下一窗数据。 第一个图说明： 蓝色-----语音信号波形； 红色——窗选语音信号部分； 品红色——窗选语音信