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1、南京师范大学泰州学院电力工程学院 基于MATLAB及FIR滤波器的语音变换器设计基于MATLAB及FIR滤波器的语音变换器设计摘要MATLAB是目前世界上最流行的、应用最广泛的工程计算和仿真软件，它将计算、可视化和编程等功能同时集于一个易于开发的环境。我们可以利用MATLAB矩阵运算能力处理数据，如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。语音转换是指改变一个说话人的语音个性特征，使之具有另外一个说话人的语音个性
2、特征。语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，它是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是生活中最基本也是最重要的交换信息形式。同时，语音也是人和机器之间进行交流的重要工具，它是一种理想的人机通信方式，所以可以为信息处理系统建立良好的环境，从而进一步推动计算机和其他智能机器的应用，提高社会的信息化程度。本设计将采用MATLAB7.3综合运用各种函数调用来实现数字语音信号的变频、变幅、傅里叶变换等，同时设计FIR数字滤波器对语音中的噪声进行滤除。本次设计程序简练，操作简便，具有一定的实际应用意义。关键词：MATLAB；数字滤波器
3、；傅里叶变换；语音信号处理Based on MATLAB and FIR filters voice converter designAbstractMatlab is at present the most popular in the world, the most widely used engineering calculation and simulation software, it will calculate, visualization and programming functions and collection in an easy development enviro
4、nment. We can use of MATLAB matrix capable of handling data, its signal processing and analysis toolbox for speech signal analysis provides plenty of function, use these functions can quickly and easily finish speech signal processing and analysis and signal visualization, make human-computer intera
5、ction more convenient.Voice conversion is refers to change a speaker voice personality traits, make have another the speakers voice personality traits. Speech signal processing is the study of digital signal processing technology and with the knowledge of phonetics speech signal processing emerging
6、discipline, it is currently the most rapid development of information science research in the field of core technical one.This design will use MATLAB7.3 comprehensive use of various function invocation to realize digital voice signal frequency conversion, luffing, Fourier transform etc., and design
7、of FIR digital filters filter the noise speech. Program succinct, simple operation, and has certain practical significance.Keywords: MATLAB；Digital filter；Fourier transform；Speech signal processing目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题意义11.2 开发工具的选择21.2.1 MATLAB的简介21.2.2 数字信号处理简介4第二章 语音变换器的设计要求72.1 设计基本任务72.2
8、 设计整体步骤72.3 设计的流程图7第三章 语音变换器设计涉及知识介绍93.1 语音信号的录制93.2 语音信号的采样93.3 语音信号的分析103.3.1 语音信号时域分析103.3.2 语音信号频域分析113.4 语音信号的加噪处理123.5 语音信号的滤波处理123.5.1 数字滤波器的发展概况123.5.2 数字滤波器的基本概念133.5.3 数字滤波器的设计概念143.5.4 数字滤波器的分类143.5.5 数字滤波器的设计15第四章 语音变换器设计的具体步骤234.1 语音信号的录制234.2 语音信号的数据采集244.3 语音信号的加噪264.4 语音信号的滤波284.4.1
9、FIR低通数字滤波器设计28总 结32致 谢33参考文献34IV第1章 绪论语音在人类社会中起了非常重要的作用。在现代信息社会中，小至人们的日常生活，大到国家大事、世界新闻、社会舆论和各种重要会议，都离不开语言和文字。语音信号处理是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的一门学科。虽然从事这一领域研究的人员主要来自信号与信息处理及计算机应用等学科，但是它与语音学、语言学、声学、认知科学、生理学、心理学等许多学科也有非常密切的联系1。1.1 课题意义语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的一门学科，是目前发展最迅速的信息科学研究领域的核心技术之一
10、。通过语音来传递信息是人类最基本也是最重要的交换信息形式。同时，语言是人与机器之间进行通信的重要工具，它是一种理想的人机通信方式，因而可为信息处理系统建立良好的人机交互环境，进一步推动计算机和其他智能机器的应用，提高社会的信息化程度1。数字信号处理是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，在雷达、通信、医学、地震等众多领域都有广泛的应用。数字信号处理是一门涉及许多领域的新兴学科，在现代科技发展中发挥着极其重要的作用。近年来，数字信号处理理论在不断取得进步的同时，随着半导体技术的突飞猛进，专用的数字信号处理器芯片也获得了飞速发展。数字信号处理器是在模拟信号变换为数字信号后对数字信号
11、进行高速实时处理的专用处理器，它具有计算速度快、体积小、功耗低等优点，是实现数字信号处理的强大工具2。近年来，随着半导体技术的进步，处理器芯片的处理能力越来越强大，使得信号处理的研究可以主要放在算法和软件方面，不再像过去那样需要过多考虑硬件。由于它的出色性能，DSP目前被广泛应用于数字通信、信号处理、工业控制、图像处理等领域。数字信号处理的发展历史是： 20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：进入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征
12、提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大发展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中3-4。1.2 开发工具的选择本次设计选择的工具是MATL
13、AB 7.3。1.2.1 MATLAB的简介MATLAB语言是一种数据分析和处理功能十分强大的计算机应用软件，我们可以利用其强大的矩阵运算能力处理数据，如数字滤波、傅里叶变换、时域和频域分析、声音回放以及各种图的呈现等，它的信号处理与分析工具箱为语音信号分析提供了十分丰富的功能函数，利用这些功能函数可以快捷而又方便地完成语音信号的处理和分析以及信号的可视化，使人机交互更加便捷。数字信号处理是MATLAB重要应用的领域之一5。MATLAB是目前世界上最流行的、应用最广泛的工程计算和仿真软件，它将计算、可视化和编程等功能同时集于一个易于开发的环境。MATLAB主要应用于数学计算、系统建模与仿真、数
14、学分析与可视化、科学与工程绘图和用户界面设计等。 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB是一个交互式开发软件，其基本数据要素是矩阵。MATLAB的语法规则简单，适合于专业科技人员的思维方式和书写习惯；它
15、用解释方式工作，编写程序和运行同步，键入程序立即得出结果，因此人机交互更加简洁和智能化；而且MATLAB可适用于多种平台，随着计算机软、硬件的更新而及时升级，使得编程和调试效率大大提高。目前，MATLAB已经成为应用代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、动态系统仿真和金融等专业的基本教学工具，各国的高等学校纷纷将MATLAB正式列入本科生和研究生课程的教学计划中，成为学生必须掌握的基本软件之一；在研究设计单位和工厂企业中，MATLAB也成为工程师们必须掌握的一种工具6。1MATLAB的系统结构：MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB语言、MATLAB数学函数库、MATLAB图形处理系统和MATLAB应用程序接口（API）5大部分组成。（1） MATLAB开发环境是一个集成的工作环境，包括MATLAB命令窗口、文件编辑调试器、工作空间、数组编辑器和在线帮助文档等。（2） MATLAB的语言具有程序流程控制、函数、数据结构、输入输出和面向对象的编程特点，是基于矩阵/数组的语言。（3） MATLAB的数学函数库包含了大量的计算算法，包括基本函数、矩
