语音信号处理开题报告

石家庄铁道学院毕业论文（设计）

开题报告

题目数字音效系统

系（中心）电子信息工程系 ___ 年级 2007级 __ 专业通信 __ 姓名曹艳桃

学号 20072112 指导教师杨明

一．概述

语音是人类交换信息最方便、最快捷的一种方式，在高度发达的信息社会中，用数字化的方法进行语音的传送、存储、识别、合成和增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的组成部分之一。数字电话通信、高音质的窄带语音系统、语音学习机、声控打字机、自动翻译机、智能机器人、新一代计算机语音智能终端及许多军事上的应用等，都要用到语音信号处理技术，随着集成电路和微电子技术的飞速发展，语音信号处理系统逐步走向实用化。

语音信号处理是一门新兴的边缘学科，它是语音学和数字信号处理两个学科相结合的产物。它和认知科学、心理学、语言学、计算机科学、模式识别和人工智能等学科有着紧密的联系。语音信号处理的发展依赖于这些学科的发展，而语音信号处理技术的进步也会促进这些领域的进步。

语音信号处理的目的是要得到某些语音特征参数以便高效地传输或存储；或者是通过某种处理运算以达到某种用途的要求，例如人工合成语音、辨识出讲话者、识别出讲话者的内容等。

二．语音处理的发展、应用及新的方向

早在一两千年前，人们便对语言进行了研究。由于没有适当的仪器设备，长期以来，一直是由耳倾听和用口模仿来进行研究。因此，这种语言研究常被称为“口耳之学”，所以对语音只是停留在定性的描写上。

语音信号处理真正意义上的研究可以追溯到1876年贝尔电话的发明，该技术首次使用声电、电声转换技术实现了远距离的语音传输。1939年提出并研制成功的第一个声码器，从此奠定了语音产生模型的基础。这一发明在语音信号处理领域具有划时代的意义。19世纪60年代，亥姆霍兹应用声学方法对元音和歌唱进行了研究，从而奠定了语言的声学基础。20世纪40年代，一种语言声学的专用仪器—语谱图仪问世了。它可以把语音的时变频谱用语图表示出来，从而得出了“可见语言”。1948年美国Haskins 实验室研制成功的语音回放机，该仪器可以把手工绘制在薄膜片上的语谱图自动转换成语音，并进行语音合成。20世纪50年代队语言产生了系统的论述。随着计算机的出现，语音分析工作，得以在电子计算机上进行。在此基础上，语音信号处理的研究工作得到了计算机技术的帮助，取得了突破性的进展。

随着信息技术的不断发展，尤其是网络技术的日益普及和完善，语音信号处理技术正发挥着越来越重要的作用，并且出现了一些新的方向。

（1）基于语音的信息检索。随着网络技术及数字图书馆技术的发展，针对于传统的基于文本信息的检索技术，基于语音识别的信息检索技术正成为当今的研究热点。

（2）基于语音识别的广播新闻的自动文摘技术的研究。由于广播、电视中的发音较为标准规范，识别中避免了说话人发音的不规范，有利于语音识别系统性能的提高。

（3）VOIP技术。它是通过TCP/IP网络，而不是传统的电话网络来传输语音的新的通信方式，通常称为IP电话技术。它是网络上对压缩的语音数据以及数据包的形式进行传输和识别。随着手机、PDA等移动电子设备的发展，嵌入式语音识别算法的研究已逐渐成为研究的热点。

（4）语音训练与校正技术也是近年来语音信号处理的一个重要方向。现在越来越多的人希望掌握其他非母语语言，以便方便的进行交流。因此语言学习机已成为当今外语学习者的有利工具。

三．MATLAB在数字语音信号处理中的应用

数字语音信号处理是将数字信号处理与语音学相结合，解决现代通信领域中人与人、人与机器之间的信息交流的学科。近几年来语音信号处理学科在世界范围内取得了飞速的发展，又因为MATLAB是一种功能强大、效率高、交互性好的数值计算和可视化计算机高级语言，它将数值分析、信号处理和图形显示有机的融合一体，形成了一个极其方便、用户界面友好的操作环境。随着MATLAB的不断发展，其功能越来越强大，广泛应用于数字语音信号处理、数值图像处理、仿真、自动控制、小波分析和神经网络等领域。同时又由于MATLAB具有大量的信号处理工具箱并能利用非线性系统分析工具Simulink等优点，所以近年来MATLAB已成为数字信号处理的有利工具，因此也成为学习语音信号处理和进行研究工作的仿真软件工具。

通过MATLAB可以对数字化的语音信号进行时频域分析。通过MATLAB可以方便的展现语音信号的时域及频域曲线，并且根据语音的特性对语音进行分析。例如，清浊音的幅度差别、语音信号的端点、信号在频域中的共振频率、加不同窗和不同窗长对信号的影响、LPC分析、频谱分析等。

通过MATLAB可以对数字化的语音信号进行处理。由于MATLAB是一种面向科学和工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编程，又有大量的库函数，所以编程简单、编程效率高、易学易懂。我们可以对信号进行加躁和去噪、滤波、截取语音等。

四、研究内容

1.设计任务

本设计先完成语音信号的采集，然后设计低通，高通，带通等滤波器对采集到的语音信号进行滤波处理，分析语音信号各频率段的特性。并对所采集的语音信号信号的提取、信号的调整、信号的变换以及加入不同的干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析，针对受干扰语音信号的特点设计不同的滤波器，对加噪信号进行滤波，恢复原信号。

把原始语音信号、加噪语音信号和滤波后的信号进行时域变换和频域变换，画出它们的时域波形和频域波形图，从视觉角度比较分析滤波的效果。也可将这3类信号进行播放从听觉角度感受滤波的效果。

2.数字滤波器原理

2.1数字滤波器的概念

若滤波器的输入、输出都是离散时间信号，那么该滤波器的单位冲激响应h(n)也必然是离散的，这种滤波器称为数字滤波器（DF）。数字滤波器实质上是一种运算过程——用来描述离散系统输入与输出关系的差分方程的计算或卷积计算。数字滤波器的实质是用一有限精度算法实现的离散时间线性时不变系统，以完成对信号进行滤波处理的过程。它是数字信号处理的一个重要分支，具有稳定性好、精度高、灵活性强、体积小、质量轻等诸多优点。

2.2数字滤波器的分类

数字滤波器根据不同的分类标准可以将滤波器分成不同的类别。

（1）根据单位冲激响应h(n)的时间特性分类

无限冲激响应（IIR）数字滤波器

有限冲激响应（FIR）数字滤波器

（2）根据实现方法和形式分类

递归型数字滤波器

非递归型数字滤波器

快速卷积型

（3）根据频率特性分类

低通数字滤波器、高通数字滤波器、带通数字波器、带阻数字滤波器

五．设计思路

5.1学术构想与思路：

论文主要是在MATLAB应用软件下设计一个简单易用的语音处理软件，来解决一般应用条件下的各种语音处理。

主要研究内容：

语音信号的采集

使用电脑设备采集一段语音信号，

语音信号的处理

语音信号的处理主要包括信号的提取、信号的调整、信号的变换和滤波等。

提取：通过电脑的设备输入一段音频信号到设计的软件，完成音频信号的频率，幅度等信息的提取。

调整：在设计的操作界面下对输入的音频信号进行如变化幅度、改变频率等操作，实现对语音信号的调整。

变换：在操作界面下对信号进行Fourier等变换。

加噪：对所采集的语音信号加入不同的干扰噪声，对加入噪声的信号进行频谱分析。

滤波：滤除语音信号中的不希望存在的部分。

3）语音信号的效果显示

5.2拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

上图为本设计的整体思路，本设计以MATLAB为开发平台，首先进行语音信号的获取，然后利用MATLAB编写的程序的对语音进行处理，包括信号波形分析，信号的二倍频变换、幅度变换等处理以及进行输入信号的傅里叶变换和信号的滤波等，从理论上说此方案是可行的。

六、论文（设计）进度安排