通信工程学院12级1班 罗恒  2012101032

实验一 语音信号的低通滤波和短时分析综合实验

一、     实验要求

1、根据已有语音信号，设计一个低通滤波器，带宽为采样频率的四分之一，求输出信号；

2、辨别原始语音信号与滤波器输出信号有何区别，说明原因；

3、改变滤波器带宽，重复滤波实验，辨别语音信号的变化，说明原因；

4、利用矩形窗和汉明窗对语音信号进行短时傅立叶分析，绘制语谱图并估计基音周期，分析两种窗函数对基音估计的影响；

5、改变窗口长度，重复上一步，说明窗口长度对基音估计的影响。

二、 实验目的

1.在理论学习的基础上，进一步地理解和掌握语音信号低通滤波的意义，低通滤波分析的基本方法。 

2.进一步理解和掌握语音信号不同的窗函数傅里叶变化对基音估计的影响。

三、 实验设备

1.PC机； 

2.MATLAB软件环境；

四、 实验内容

1.上机前用Matlab语言完成程序编写工作。 

2.程序应具有加窗（分帧）、绘制曲线等功能。 

3.上机实验时先调试程序，通过后进行信号处理。

4.对录入的语音数据进行处理，并显示运行结果。

5. 改变滤波带宽，辨别与原始信号的区别。

6.依据曲线对该语音段进行所需要的分析，并且作出结论。 

7.改变窗的宽度（帧长），重复上面的分析内容。

五、 实验原理及方法

利用双线性变换设计IIR滤波器（巴特沃斯数字低通滤波器的设计），首先要设计出满足指标要求的模拟滤波器的传递函数Ha(s),然后由Ha(s)通过双线性变换可得所要设计的IIR滤波器的系统函数H(z)。如果给定的指标为数字滤波器的指标，则首先要转换成模拟滤波器的技术指标，这里主要是边界频率Wp和Ws的转换，对ap和as指标不作变化。边界频率的转换关系为 ∩=2/T tan(w/2)。接着，按照模拟低通滤波器的技术指标根据相应设计公式求出滤波器的阶数N和3dB截止频率 ∩c ；根据阶数N查巴特沃斯归一化低通滤波器参数表，得到归一化传输函数Ha(p)；最后，将p=s/ ∩c 代入Ha(p)去归一，得到实际的模拟滤波器传输函数Ha(s)。之后，通过双线性变换法转换公式s=2/T((1-1/z)/(1+1/z))得到所要设计的IIR滤波器的系统函数H(z)。

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实验二   语音信号的频域特性

一、实验目的

（1）   结合汉语语音信号的各类音素和复元音的特点分析其频域性质；

（2）   熟悉语音信号的各类音素和复元音的频域参数；

（3）   熟悉声音编辑软件PRAAT的简单使用和操作。

二、实验记录与思考题

1. 观察语音信号的频域特点，总结其规律。

浊音段：

其谱线结构是与浊音信号中的周期信号密切相关。具有与基音及其谐波对应的谱线。频谱包络中有几个凸起点，与声道的谐振频率相对应。这些凸起点为共振峰。

清音段：

清音的频谱无明显的规律，比较平坦。

2. 总结清音/b/p/m/f/d/t/n/l/g/k/h/j/q/x/z/c/s/zh/ch/sh/r/共21个的语谱图的规律，给出辅音的能量集中区；

语谱图中的花纹有横杠、乱纹和竖直条。横杠是与时间轴平行的几条深黑色带纹，它们是共振峰。从横杠对应的频率和宽度可以确定相应的共振峰频率和带宽。在一个语音段的语谱图中，有没有横杠出现是判断它是否是浊音的重要标志。竖直条是语谱图中出现于时间轴垂直的一条窄黑条。每个竖直条相当于一个基音，条纹的起点相当于声门脉冲的起点，条纹之间的距离表示基音周期，条纹越密表示基音频率越高。b，p……清音的语谱图为乱纹。

辅音的能量集中区为：高频区

3. 总结浊音/a/o/e/i/u/ü/ao/ai/ei/ou/ie /an/en/in/ang/eng/ong/ing/共18个的语谱图的规律，提取这18个浊音的基频、前三个共振峰频率

4. /r/、/m/、/n/、/l/ 从这几个音素的的基频、共振峰频率

5.  分析宽带语谱图和窄带语谱图的不同之处，请解释原因；

语谱图中的花纹有横杠、乱纹和竖直条等。横杠是与时间轴平行的几条深黑色带纹，它们是共振峰。从横杠对应的频率和宽度可以确定相应的共振峰频率和带宽。在一个语音段的语谱图中，有没有横杠出现是判断它是否是浊音的重要标志。竖直条（又叫冲直条）是语谱图中出现与时间轴垂直的一条窄黑条。每个竖直条相当于一个基音，条纹的起点相当于声门脉冲的起点，条纹之间的距离表示基音周期。条纹越密表示基音频率越高。

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语音信号处理实验报告

信工1102韩扬2011014520

一、原理 1．端点检测

语音信号一般可分为无声段、清音段和浊音段。无声段是背景噪声段, 平均能量最低，波形变化缓慢，过零率最低; 浊音段为声带振动发出对应的语音信号段, 平均能量最高; 清音段是空气在口腔中的摩擦、冲击或爆破而发出的语音信号段, 平均能量居于前两者之间，波形上幅度变化剧烈, 过零率最大。端点检测就是首先判断有声还是无声, 如果有声,则还要判断是 清音还是 浊音。为正确地实现端点检测, 一般综合利用短时能量和过零率两个特征,采用/双门限检测法。

① 语音信号x(n)进行分帧处理，每一帧记为Si（n），n=1，2，…，N，n为离散语音信号时间序列，N为帧长，i表示帧数。

② 短时能量：Ei??si2?n?

n?1

NN

③ 过零率：

2.基音检测 Zi??sgn??si?n????sgn??si?n?1???n?1

能量有限的语音信号s(n)?的短时自相关函数定义为： ?

Rn(?)?N?1??

m?0?[s(n?m)w(m)][s(n?m??)w(m??)] 其中，?为移位距离，w(m)是 偶

对称的窗函数。

短时自相关函数有以下重要性质：

①如果s(n)?是周期信号，周期是P，则R(?)也是周期信号，且周期相同，即?

R(?)?R(P??)。

②当τ=0时，自相关函数具有最大值；当??0,?P,?2P,?3P…处周期信号的自相关函数达到极大值。

③自相关函数是偶函数，即R(?)?R(??)。

短时自相关函数法基音检测的主要原理是利用短时自相关函数的第二条性质，通过比较原始信号和它移位后的信号之间的类似性来确定基音周期，如果移位距离等于基音周期，那么，两个信号具有最大类似性。在实际采用短时自相关函数法进行基音检测时，使用一个窗函数，窗不动，语音信号移动，这是经典的短时自相关函数法。

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            语音信号处理实验报告集锦

【实验一】

一、实验题目

 Short time analysis(短时间分析)

二、实验要求

   Write a MATLAB program to analyze a speech and simultaneously, on a single page, plot the following measurements:

1. the entire speech waveform

2. the short-time energy, En

3. the short-time magnitude, Mn

4. the short-time zero-crossing, Zn

5. the narrowband spectrogram

6. the wideband spectrogram

   Use both the speech waveforms in the wznjdx_normal.wav. Choose appropriate window sizes, window shifts, and window for the analysis. Explain your choice of these parameters.

写一个程序来分析语音的同时，在一个单页，情节如下措施：

1。整个语音波形

2。短时间能量

3。短时幅度，锰

4。短时过零，锌

5。窄带语谱图

6。宽带语谱图

在wznjdx_normal.wav使用语音波形。选择合适的窗口大小，窗口移动和窗口进行分析。解释你对这些参数的选择。

三、实验程序

   clear

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语音信号处理实验报告

电子信息工程系

信息科学与工程学院

实验一       语音波形文件的分析和读取  

一、    实验学时：2 学时

二、实验的任务、性质与目的：

本实验是选修《语音信号处理》课的电子信息类专业学生的基础实验。通过实验

（1）掌握语音信号的基本特性理论：随机性，时变特性，短时平稳性，相关性等；

（2）掌握语音信号的录入方式和*.WAV音波文件的存储结构；

（3）使学生初步掌握语音信号处理的一般实验方法。

三、实验原理和步骤：

WAV 文件格式简介

WAV 文件是多媒体中使用了声波文件的格式之一，它是以 RIFF格式为标准。每个 WAV 文件的头四个字节就是“RIFF” 。WAV 文件由文件头和数据体两大部分组成， 其中文件头又分为 RIFF/WAV 文件标识段和声音数据格式说明段两部分。 常见的 WAV 声音文件有两种，分别对应于单声道（11.025KHz 采样率、8Bit 的采样值）和双声道（44.1KHz 采样率、16Bit 的采样值）。采样率是指声音信号在“模拟→数字”转换过程中，单位时间内采样的次数；采样值是指每一次采样周期内声音模拟信号的积分值。对于单声道声音文件，采样数据为8 位的短整数（short int 00H-FFH）；而对于双声道立体声声音文件，每次采样数据为一个 16 位的整数（int），高八位和低八位分别代表左右两个声道。WAV 文件数据块包含以脉冲编码调制（PCM）格式表示的样本。在单声道 WAV 文件中，道 0 代表左声道，声道 1 代表右声道；在多声道 WAV 文件中，样本是交替出现的。WAV 文件的格式

表 1    wav文件格式说明表

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·实验一：语音信号的时域分析

实验目的：以MATLAB为工具，研究语音信号的时域特性，以及这些特性在《语音信号处理》中的应用情况。

实验要求：利用所给语音数据，分析语音的时域波形、短时能量、短时过零率等时域参数。要求会求取这些参数，并举例说明这些参数在语音信号处理中的应用。

实验内容：

1、 进入matlab

1.1在Wondows环境中，创建一个名为speech的文件夹，存放语音数据和与实验相关的Matlab文件。如：E:\speech。

   用于实验的语音数据（.mat）及相应说明（.txt）包括：

  digits.mat                % 英文数字 “0” 到 “9” 的发音

  digits.txt             

   gliss.mat              % 两个包含/i/的滑音

  gliss.txt               

  letters.mat             % 英文字母表中26个字母的发音

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            语音信号处理实验报告

【实验一】

一、实验题目

 Short time analysis

二、实验要求

   Write a MATLAB program to analyze a speech and simultaneously, on a single page, plot the following measurements:

1. the entire speech waveform

2. the short-time energy, En

3. the short-time magnitude, Mn

4. the short-time zero-crossing, Zn

5. the narrowband spectrogram

6. the wideband spectrogram

   Use both the speech waveforms in the wznjdx_normal.wav. Choose appropriate window sizes, window shifts, and window for the analysis. Explain your choice of these parameters.

三、实验程序

   clear

[x,fs]=wavread('wznjdx_normal.wav');

n=length(x);

N=320;

subplot(4,1,1);plot(x);

h=linspace(1,1,N);

En=conv(h,x.*x);

subplot(4,1,2);plot(En);

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