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语音信号处理实验报告实验二

一、实验目的

本次语音信号处理实验的目的是深入了解语音信号的特性，掌握语

音信号处理的基本方法和技术，并通过实际操作和数据分析来验证和

巩固所学的理论知识。具体而言，本次实验旨在：

1、熟悉语音信号的采集和预处理过程，包括录音设备的使用、音

频格式的转换以及噪声去除等操作。

2、掌握语音信号的时域和频域分析方法，能够使用相关工具和算

法计算语音信号的短时能量、短时过零率、频谱等特征参数。

3、研究语音信号的编码和解码技术，了解不同编码算法对语音质

量和数据压缩率的影响。

4、通过实验，培养我们的动手能力、问题解决能力和团队协作精

神，提高我们对语音信号处理领域的兴趣和探索欲望。

二、实验原理

（一）语音信号的采集和预处理

语音信号的采集通常使用麦克风等设备将声音转换为电信号，然后

通过模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。在采集过程中，

可能会引入噪声和干扰，因此需要进行预处理，如滤波、降噪等操作，

以提高信号的质量。

（二）语音信号的时域分析

时域分析是对语音信号在时间轴上的特征进行分析。常用的时域参

数包括短时能量、短时过零率等。短时能量反映了语音信号在短时间

内的能量分布情况，短时过零率则表示信号在单位时间内穿过零电平

的次数，可用于区分清音和浊音。

（三）语音信号的频域分析

频域分析是将语音信号从时域转换到频域进行分析。通过快速傅里

叶变换（FFT）可以得到语音信号的频谱，从而了解信号的频率成分和

分布情况。

（四）语音信号的编码和解码

语音编码的目的是在保证一定语音质量的前提下，尽可能降低编码

比特率，以减少存储空间和传输带宽的需求。常见的编码算法有脉冲

编码调制（PCM）、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）等。

三、实验设备和软件

1、计算机一台

2、音频采集设备（如麦克风）

3、音频处理软件（如Audacity、Matlab等）

四、实验步骤

（一）语音信号的采集

使用麦克风和音频采集软件录制一段语音，保存为常见的音频格式

（如WAV）。

（二）语音信号的预处理

1、将录制的语音信号导入音频处理软件中。

2、对信号进行滤波处理，去除噪声和干扰。

3、调整信号的增益，使信号的幅度在合适的范围内。

（三）语音信号的时域分析

1、计算语音信号的短时能量和短时过零率。

2、绘制短时能量和短时过零率随时间的变化曲线，并分析其特点。

（四）语音信号的频域分析

1、对语音信号进行快速傅里叶变换，得到频谱。

2、绘制频谱图，并分析语音信号的频率成分和分布。

（五）语音信号的编码和解码

1、选择一种编码算法（如PCM或ADPCM）对语音信号进行编码。

2、对编码后的信号进行解码，恢复原始语音信号。

3、比较原始语音信号和解码后的语音信号，评估编码算法对语音

质量的影响。

五、实验结果与分析

（一）语音信号的预处理结果

经过滤波和增益调整后的语音信号，噪声明显减少，信号的幅度更

加平稳，为后续的分析处理提供了良好的基础。

（二）语音信号的时域分析结果

1、短时能量曲线显示，语音信号在浊音部分能量较高，清音部分

能量较低。并且，能量的变化与语音的发音强度和时长密切相关。

2、短时过零率曲线表明，清音的过零率较高，浊音的过零率较低。

通过过零率可以较好地区分语音中的清音和浊音。

（三）语音信号的频域分析结果

频谱图显示，语音信号的主要能量集中在较低的频率范围内，高频

部分的能量相对较弱。不同的语音发音对应着不同的频谱特征，这为

语音的识别和分类提供了重要依据。

（四）语音信号的编码和解码结果

1、采用PCM编码算法时，编码后的比特率较高，但解码后的语

音质量较好，与原始语音信号非常接近。

2、使用ADPCM编码算法时，编码比特率明显降低，但解码后的

语音质量略有下降，存在一定的失真。

通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：

1、预处理对于提高语音信