杜海龍 黃池軍

（鄭州大學(xué)西亞斯國(guó)際學(xué)院，河南 鄭州 451150）

語(yǔ)音信號(hào)的仿真與處理技術(shù)一直以來(lái)都是很熱門的研究領(lǐng)域，具有重要的理論和實(shí)踐研究?jī)r(jià)值。針對(duì)語(yǔ)音信號(hào)自身的時(shí)域頻域特性的研究是語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)能夠取得進(jìn)一步突破的重要基礎(chǔ)，必須有針對(duì)性地對(duì)語(yǔ)音信號(hào)做一個(gè)系統(tǒng)性分析[1]。 語(yǔ)音信號(hào)傳輸過(guò)程中會(huì)受到噪聲的干擾， 導(dǎo)致語(yǔ)音質(zhì)量的下降從而降低了語(yǔ)音辨識(shí)度， 因此要進(jìn)行濾波濾去不需要的噪聲或者混頻干擾[2]。 除了要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的本質(zhì)以及干擾進(jìn)行分析之外，聲音特殊效果的處理仍具有重大的科研和生活意義[3，4]，例如電影中對(duì)聲音進(jìn)行特效處理以達(dá)到某種特殊的效果。

1 語(yǔ)音信號(hào)的采集

課題使用麥克風(fēng)錄取聲音， 通過(guò)聲卡轉(zhuǎn)換器進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，然后得到MATLAB 環(huán)境下的.wav 文件。 在MATLAB 環(huán)境下對(duì)原始語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行了抽樣，并在時(shí)域和頻域進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖1 所示。

圖2 短時(shí)平均幅度

圖1 原始和抽樣后的信號(hào)時(shí)頻域分析

2 語(yǔ)音信號(hào)的分析

語(yǔ)音信號(hào)幅度值的變化一般用短時(shí)能量顯示，鑒于短時(shí)能量對(duì)高電平非常敏感， 可以采用短時(shí)平均幅度用來(lái)表征語(yǔ)音信號(hào)能量大小，結(jié)果如圖2 所示。 兩者的主要區(qū)別在于計(jì)算時(shí)取樣值的大小不同，但這些參數(shù)在處理時(shí)對(duì)取樣值都做平方處理，在一些應(yīng)用上可能會(huì)帶來(lái)一些好處。 圖3 為語(yǔ)音信號(hào)的語(yǔ)譜圖。

3 語(yǔ)音信號(hào)的加噪和濾波處理

圖3 采集信號(hào)的語(yǔ)譜圖

圖4 語(yǔ)音信號(hào)添加噪聲之后的對(duì)比

圖5 FIR 濾波對(duì)比圖

圖6 IIR 濾波對(duì)比圖

圖4 為原始和加噪之后信號(hào)波形和頻譜對(duì)比，從圖中可以看到，加了噪聲之后的信號(hào)，頻譜明顯發(fā)生了變化，幅值明顯增大。 通過(guò)sound 函數(shù)可以聽(tīng)到明顯的雜音，通過(guò)調(diào)整加噪聲的幅度值倍數(shù)大小可以改變?cè)颊Z(yǔ)音和噪聲的比例， 實(shí)現(xiàn)各種效果的加噪。 圖5 和圖6 為分別設(shè)計(jì)FIR 和IIR 濾波器對(duì)加噪后的信號(hào)進(jìn)行濾波分析的比較。在FIR 濾波中，濾波后的波形與加噪之前的很接近，語(yǔ)音信號(hào)變化不大，但仍存在雜音；在IIR 低通濾波中，可聽(tīng)辨出明顯不同的濾波效果，較FIR 低通的音質(zhì)效果明顯提高，雜音減少。

4 語(yǔ)音信號(hào)的處理和GUI 界面的設(shè)計(jì)

回聲和添加背景音樂(lè)語(yǔ)音特效的處理結(jié)果如圖7 和圖8所示，處理前后信號(hào)發(fā)生明顯變化，通過(guò)sound 函數(shù)可以感受不一樣的聽(tīng)覺(jué)效果。綜合以上，課題設(shè)計(jì)了GUI 人機(jī)交互界面操作平臺(tái)，如圖9，可以方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的采集分析和處理。

圖7 回聲特效

圖8 添加背景音樂(lè)

圖9 GUI 人機(jī)交互界面

5 結(jié)語(yǔ)

課題基于MATLAB 完成了對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的仿真和處理，在時(shí)頻域方面進(jìn)行了分析，通過(guò)人為添加噪聲和濾波進(jìn)行分析，通過(guò)DSP 技術(shù)進(jìn)行了特殊效果處理， 最后設(shè)計(jì)了GUI 界面對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的各模塊處理功能進(jìn)行了集成。

[1]陳懷琛.數(shù)字信號(hào)處理教程—MATLAB 釋義與實(shí)現(xiàn)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[2]劉敏，魏玲.MATLAB 通信仿真與應(yīng)用[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

[3]胡航.語(yǔ)音信號(hào)處理[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[4]李垚光，等.精通MATLABGUI 設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2008.