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1、语语 音音 信信 号号 处处 理理 实实 验验 报报 告告 语语 音音 信信 号号 分分 析析 实实 验验一一实验目的及原理实验目的及原理语音信号分析是语音信号处理的前提和基础,只有分析出可表示语音信号本质特征的参数,才有可能利用这些参数进行高效的语音通信、语音合成和语音识别等处理,并且语音合成的音质好坏和语音识别率的高低,都取决于对语音信号分析的准确性和精确性;贯穿语音分析全过程的是“短时分析技术”;因为从整体来看,语音信号的特性及表征其本质特征的参数均是随时间变化的,所以它是一个非平稳态过程,但是在一个短时间范围内一般认为在 1030ms 的时间内,其特性基本保持不变,即相对稳定,可将其看
2、做一个准稳态过程,即语音信号具有短时平稳性;所以要将语音信号分帧来分析其特征参数,帧长一般取为 10ms30ms;二二实验过程实验过程1.系统结构语音信号数字化带通滤波增益控采模/数转编码器制加窗样 分帧预处理换预加重短时能量分析/短时过零率分析/短时相时域分析关分析频域分析倒频域分析线性预测分2.仿真结果析（1）时域分析男声及女声蓝色为时域信号,红色为每一帧的能量,绿色为每一帧的过零率某一帧的自相关函数3.频域分析一帧信号的倒谱分析和 FFT 及 LPC 分析10.50-0.5-110.50-0.5-1050100150200250300050100150200250300150100500
3、-5040200-20-40051015202530354000.511.522.533.5对应的倒谱系数：,男声和女声的倒谱分析对应的 LPC 预测系数：1,原语音波形一帧语音波形一帧语音的倒谱浊音和清音的倒谱分析浊音和清音的 FFT 分析和 LPC 分析红色为 FFT 图像,绿色为 LPC 图像三三实验结果分析实验结果分析1.时域分析实验中采用的是汉明窗,窗的长度对能否由短时能量反应语音信号的变化起着决定性影响;这里窗长合适,En 能够反应语音信号幅度变化;同时,从图像可以看出,En 可以作为区分浊音和清音的特征参数;短时过零率表示一帧语音中语音信号波形穿过横轴零电平的次数;从图中可以看出
4、,短时能量和过零率可以近似为互补的情况,短时能量大的地方过零率小,短时能量小的地方过零率较大;从浊音和清音的时域分析可以看出,清音过零率高,浊音过零率低;从男声女声的时域信号对比图中可以看出,女音信号在高频率分布得更多,女声信号在高频段的能量分布更多,并且女声有较高的过零率,这是因为语音信号中的高频段有较高的过零率;2.频域分析这里对信号进行快速傅里叶变换 FFT,可以发现,当窗口函数不同,傅里叶变换的结果也不相同;根据信号的时宽带宽之积为一常数这一性质,可以知道窗口宽度与主瓣宽度成反比,N 越大,主瓣越窄;汉明窗在频谱范围中的分辨率较高,而且旁瓣的衰减大,具有频谱泄露少的有点,所以在实验中采
5、用的是具有较小上下冲的汉明窗;为了使频域信号的频率分辨率较高,所取的 DFT 及相应的 FFT 点数应该足够多,但时域信号的长度受到采样率和和短时性的限制,这里可以采用补零的办法,对补零后的序列进行 FFT 变换;从实验仿真图可以看出浊音的频率分布比清音高;3.倒谱分析通过实验可以发现,倒谱的基音检测与语音加窗的选择也是有关系的;如果窗函数选择矩形窗,在许多情况下倒谱中的基音峰将变得不清晰,窗函数选择汉明窗较为合理,可以发现,加汉明窗的倒谱基音峰较为突出;在典型的浊音清音倒谱对比中,理论上浊音倒谱基音峰应比较突出,而清音不出现这种尖峰,只是在倒谱的低时域部分包含关于声道冲激响应的信息;实验仿真
6、的图形不是很理想;4.线性预测分析从实验中可以发现,LPC 谱估计具有一个特点,在信号能量较大的区域即接近谱的峰值处,LPC 谱和信号谱很接近；而在信号能量较低的区域即接近谱的谷底处,则相差比较大;在浊音清音对比中,可以发现,对呈现谐波特征的浊音语音谱来说这个特点很明显,就是在谐波成分处 LPC 谱匹配信号谱的效果要远比谐波之间好得多;在实验中,当P值增加到一定程度,预测平方误差的改善就不很明显了,而且会增加计算量,一般取为 814,这里 P 取为 10;5.基音周期估计自互相关函数法短时平均幅度差法倒谱分析法共偏移92+32=124 个偏移点16000/124=可以发现,上面三种方法计算得到的基音周期基本相同;