数字信号处理--变声器报告

数字信号处理--变声器报告 :变声 报告 数字信号处理 课题中期报告怎么写 数字信号处理高西全 数字信号处理期末试卷 篇一:数字信号处理--变声器报告 数字信号处理--变声器报告 1项目目标:把自己(男)的声音分别变成小孩的声音、女人的声音 和老人的声音。 2变声原理:语音科学家将人类发声过程视作一个由声门源输送的气 流经以声道、口、鼻腔组成的滤波器调制而成的。人类语 音可分为有声语音和无声语音，前者是由声带振动激励的 脉冲信号经声腔调制变成不同的音，它是人类语言中元音 的基础，声带振动的频率称为基频。无声语音则是声带保 持开启状态，禁止振动引发的。一般来说，由声门振动决 定的基频跟说话人的性别特征有关，如下，而无声语音则没有体现这个特征。说话人的个性化音色和语音的另外一个声学参数——共振峰频率的分布有关。儿童由于声道短，其共振峰频率高于成年人，成年女性的声道一般短于 成年男性，所以女性的共振峰频率一般高于男性。 表 男声、女声和童声基频、共振峰频率关系表 由上可知，在进行性别变声时，主要考虑基频和共振峰频率的变化。当基频伸展，共振峰频率也同时伸展时，可由男声变成女声，女声变成童声;反之，基频收缩，共振峰频率也同时收缩时，则由童声变女声，女声变男声。为了获得自然度、真实感较好的变声效果，基 频和共振峰频率通常必须各自独立地伸缩变化如图1。 V1 男声变童声 V2 男声变女声 图1 基频和共振峰频率分布的变化 共振峰频率的改变是基于重采样实现的，从重采样原理知道，这也同时引发了基频的变化，为保证基频变化和共振峰频率变化的独立、互不相关，在基频移动时必须考虑抵消重采样带来的偏移，理论上只要基频检测足够精确，确实可以保证基频改变和共振峰频率改变间的互不相关。 3设计方案:1录入自己(小孩、女人、老人)的一段声音2用MATLAB 做fft得到其频谱 3做fft频谱分析 4搬移和改变基频、语速，实现变声 4程序流图 5程序清单: 元语音信号 [s,fs,nbits] = wavread(‘wo.wav’); % 载入语音s s = s/max(s); % 归一化 L = length(s); % 读入语音长度 S=fft(s,L); pigure ubplot(2,1,1);plot(s);title(‘原语音信号波形’); ubplot(2,1,2);plot(abs(S));title(‘原语音信号频谱’); 变声: 小孩的声音 clear all,close all, clc; % 定义常数 FL =80; % 帧长 WL = 240;% 窗长 P = 10; % 预测系数个数 [s,fs,nbits] = wavread('wo.wav'); % 载入语音s s = s/max(s); %归一化 L = length(s); % 读入语音长度 FN = floor(L/FL)-2; % 计算帧长 % 预测和重建滤波器 exc = zeros(L,1); % 激励信号 zi_pre = zeros(P,1); % 预测滤波器的状态 s_rec = zeros(L,1); % 重建语音 zi_rec = zeros(P,1); % 变调不变速滤波器 exc_syn_t = zeros(L,1);% 合成的激励信号 s_syn_t = zeros(L,1); % 合成语音 last_syn_t = 0;%存储上一个(或多个)段的最后一个脉冲的下标 zi_syn_t = zeros(P,1);% 合成滤波器的状态 hw = hamming(WL); % 汉明窗 % 依次处理每帧语音 for n = 3:FN % 计算预测系数 s_w = s(n*FL-WL+1:n*FL).*hw; %汉明窗加权后的语音 [A E] = lpc(s_w, P);%用线性预测法计算P个预测系数 % A是预测系数，E会被用来计算合成激励的能量 s_f = s((n-1)*FL+1:n*FL); % 本帧语音，下面就要对它做处理 篇二:数字信号处理综合报告--数字音频信号的分析与处理 数字信号处理实验 题 目数字音频信号的分析与处理 班 级姓 名 学 号 日期2013.06.10-2013.06.24 一、实验目的 1(复习巩固数字信号处理的基本理论; 2(利用所学知识研究并设计工程应用方案。 二、实验原理 数字信号处理技术在音频信号处理中的应用日益增多，其灵活 方便的优点得到体现。分频器即为其中一种音频工程中常用的设备。 人耳能听到的声音频率范围为20Hz~20000Hz，但由于技术所限，扬声器难以做到在此频率范围内都有很好的特性，因此一般采用两个以上的扬声器来组成一个系统，不同的扬声器播放不同频带的声音，将声音分成不同频带的设备就是分频器。下图是一个二分频的示例。 图8.1 二分频示意图 高通滤波器和低通滤波器可以是FIR或IIR类型，其中FIR易做到线性相位，但阶数太高, 不仅需要耗费较多资源，且会带来较长的延时;IIR阶数低，但易出现相位失真及稳定性问题。 对分频器的特性，考虑最多的还是两个滤波器合成的幅度特性，希望其是平坦的，如图8.2所示: 图8.2 分频器幅度特性 由于IIR的延时短，因此目前工程中大量应用的还是Butterworth、Bessel、Linkwitz-Riley三种IIR滤波器。其幅频特性如图8.3所示: 图8.3 三种常用IIR分频器的幅度特性 巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等类型的数字滤波器系数可通过调用MATLAB函数很方便的计算得到，但Bessel、Linkwitz-Riley数字滤波器均无现成的Matlab函数。 并联系统的系统函数为 Bl(z)Bh(z) (转 载于:wWw.xIeLw.com 写 论文 网:数字信号处理--变声器报 告)? H(z)?Hl(z)?Hh(z)? Al(z)Ah(z) Bl(z)Ah(z)?Bh(z)Al(z)B(z) ?? Al(z)Ah(z)A(z) ?B=conv(Bl,Ah)+conv(Bh,Al) ?? ?A=conv(Al,Ah) 级联系统的系统函数为 H(z)?H(z)H(z)?B1(z)B2(z)?B(z)? 12 A1(z)A2(z)A(z) ?B=conv(Bl,B2) ?? ?A=conv(A1,A2) 宁可瑞滤波器(Linkwitz-Riley)，由两个巴特沃斯滤波器级联而成。 N阶巴特沃夫滤波器等效宁可瑞滤波器的设计 为了使设计的IIR滤波器方便在DSP上实现，常将滤波器转换为二阶节级联的形式。 设计好分频器后，为验证分频后的信号是否正确，可用白噪声信号作为输入信号，然后对分频后的信号进行频谱分析。 三、仪器设备 1.硬件:计算机一台，耳机。 2.软件:MATLAB R2010b 四、实验步骤 任意选择两种类型的IIR数字滤波器，设计一个二分频的数字分频器，已知系统的采样率为48000Hz。 (1)分频点为2000Hz; (2)要求给出类似图8.3的幅频特性图，分频器的幅频响应平坦，在分频点处最多不能超过3dB的偏差; (3)滤波器必须是二阶节形式; (4)给出相位特性图; (5)用频谱分析的方法验证设计好的分频器; (6)对选用的两种类型的滤波器效果进行对比。 滤波器设计的基本步骤: 五、数据 我选择要设计的合成滤波器为ButterWorth IIR滤波器和Linkwitz-Riley IIR滤波器。 1.设计程序 设计程序如下:(以4阶巴特沃斯滤波器、宁可瑞滤波器设计的分频器程序为例(分频器阶数为8阶)) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%设计分频器 clear;clc; fs = 48000;%采样频率为48000Hz fc = 2000;%分频点为2000Hz wc = 2 * fc / fs; N = 4; %滤波器阶数，分频器阶数为2*N [BL,AL] = butter(N,wc); %计算巴特沃思低通滤波器系统函数B,A系数 [BH,AH] = butter(N,wc,'high'); %计算巴特沃思高通滤波器系统函数B,A系数 [magHH,w]=freqz(BH,AH);%计算巴特沃 思高通滤波器幅频特性 magHH=20*log10(abs(magHH)); f=w*fs/(2*pi);%把数字频率w转换为模拟频率f [BL1,AL1] = butter(N/2,wc); [BH1,AH1] = butter(N/2,wc,'high'); BL1=conv(BL1,BL1); %计算宁可瑞低通滤波器系统函数B,A系数 AL1 = conv(AL1,AL1); BH1=conv(BH1,BH1);%计算宁可瑞高通滤波器系统函数B,A系数 AH1 = conv(AH1,AH1); [magHH1,w1]=freqz(BH1,AH1);%计算宁可瑞高通滤波器幅频特 性 magHH1=20*log10(abs(magHH1)); f1=w1*fs/(2*pi); semilogx(f,magHH,'-.r',f1,magHH1,'b'); hold on; [magHL,w]=freqz(BL,AL);%计算巴特沃思低通滤波器幅频特性 magHL=20*log10(abs(magHL)); f=w*fs/(2*pi); [magHL1,w1]=freqz(BL1,AL1);%计算宁可瑞低通滤波器幅频特性 magHL1=20*log10(abs(magHL1)); f1=w1*fs/(2*pi); semilogx(f,magHL,'-.r',f1,magHL1,'b'); hold on; B=conv(BL,AH)+conv(BH,AL); %计算巴特沃思滤波器并联系统 的系统函数 A=conv(AL,AH); [magH,w]=freqz(B,A); %计算巴特沃思滤波器并联系统幅频特性 magH=20*log10(abs(magH)); f=w*fs/(2*pi); B1=conv(BL1,AH1)+conv(BH1,AL1); %计算宁可瑞滤波器并联系统的系统函数 A1=conv(AL1,AH1); [magH1,w1]=freqz(B1,A1); %计算宁可瑞滤波器并联系统幅频特性 magH1=20*log10(abs(magH1)); 篇三:数字变声器 数字变声器 河北北方学院宣化教学部 吕路广 摘要 为了实现由男声变换到女声，在语音信号参数分析过程采用短时自相关法提取语音信号的基音周期，同时用LPC倒谱分析法分析共振峰的范围，通过matlab编写程序修改语音参数并接近于女声的范围，构置GUI界面。在实验中，输入一段语音信号，输出时即实现了由男声到女声的变换效果。因此对于语音信号参数的修改能够实现男女声音之间的变换。 关键词 短时自相关法 LPC倒谱 语音信号 matlab GUI 前言 为了锻炼自己数字信号处理的实践能力，也为了更好的完成老师布置的作业，本设计通过编写matlab程序，修改相关声音参数，使其频率发生相应的变化，在输出时达到变声。 目录 数字变声 器 .................................................................................................... .................................. 1 第1章 采 样............................................................................................................................... 4 1 一些基本概 念 ....................................................................................................................... 4 1.1 声 道............................................................................................................................... 4 1.2 基 音............................................................................................................................... 4 1.3 共振 峰........................................................................................................................... 4 1.4 物理原 理 ....................................................................................................................... 4 第2章 设计方 案 ....................................................................................................................... 5 2.1 设计原 理 ......................................................................................................................... 5 2.2 设计步 骤 ......................................................................................................................... 5 第3章 建 模............................................................................................................................... 5 3.1 基于短时自相关法的基音周期估 值 ............................................................................. 5 3.1.1构建巴特沃斯低通滤波 器 .................................................................................... 5 3.1.2语音信号的短时自相关函 数 ................................................................................ 6 3.2 LPC倒谱法提取共振 峰 .................................................................................................... 6 3.3 线性预测语音信号合 成 ................................................................................................... 7 第4章 GUI界面设计以及仿真图形和程 序.................................................................................. 8 4.1 界面设 计 ........................................................................................................................... 8 4.2 仿真图 形 ........................................................................................................................... 9 4.2.1 原 声 ..................................................................................................................... 10 4.2.2 女 声 ..................................................................................................................... 10 4.2.3 童 声 ..................................................................................................................... 10 4.2.4 老人 声 ................................................................................................................. 10 4.2.5 音调变 高 ............................................................................................................. 11 4.2.6 音调变 低 ............................................................................................................. 11 4.2.7 语速变 慢 ............................................................................................................. 11 4.2.8 语速变 快 ............................................................................................................. 12 4.3 程序流程图如 下 ............................................................................................................. 12 4.4每个控件的程序如 下 ...................................................................................................... 13 4.4.1“录音”radiobutton (radiobutton1) ......................................................... 13 4.4.2“打开”radiobutton (radiobutton2) ......................................................... 13 4.4.3“开始 ”按钮 (pushbutton1) ....................................................................... 14 4.4.4“保存”按钮 (pushbutton2) ......................................................................... 14 4.4.5“打开音频文件按钮” (pushbutton3) ........................................................... 15 4.4.6“原声”按钮 (pushbutton5) ......................................................................... 15 4.4.7“女声”按钮 (pushbutton7) ......................................................................... 16 4.4.8“童声”按钮 (pushbutton6) ......................................................................... 17 4.4.9“老人”按钮 (pushbutton12) ....................................................................... 19 4.4.10“音调变高”按钮 (pushbutton11) ............................................................. 20 4.4.11“音调变低”按钮 (pushbutton9) ............................................................... 21 4.4.12“语速变慢”按钮 (pushbutton14) ............................................................. 21 4.4.13“语速变快”按钮 (pushbutton8) ............................................................... 23 第4章 分析总 结 ..................................................................................................................... 24 参考文 献...................................................................................................... ................................... 24 致 谢 .................................................................................................... ............................................ 24 第1章 采样 1 一些基本概念 1.1 声道 声道是很多动物及人类都有的一个腔室，从声源产生的声音经 由此处滤出。人的声道包括声道则包括喉腔、咽头、口腔和鼻腔。 1.2 基音 一般的声音都是由发音体发出的一系列频率、振幅各不相同的 振动复合而成的。这些振动中有一个频率最低的振动，由它发出 的音就是基音，其余为泛音。发音体整体振动产生的音，叫做基 音，决定音高;发音体部分振动产生的音，叫做泛音，决定音色; 基音和泛音结合一起而形成的音，叫做复合音，日常我们所听到 的声音多为复合音。 1.3 共振峰 共振峰是指在声音的频谱中能量相对集中的一些区域，共振峰 不但是音质的决定因素，而且反映了声道(共振腔)的物理特征。 声音在经过共振腔时，受到腔体的滤波作用，使得频域中不同频 率的能量重新分配，一部分因为共振腔的共振作用得到强化，另 一部分则受到衰减，得到强化的那些频率在时频分析的语图上表现为浓重的黑色条纹。由于能量分布不均匀，强的部分犹如山峰一般，故而称之为共振峰。 1.4 物理原理 语音科学家将人类发声过程视作一个由声门源输送的气流经以声道、口、鼻腔组成的滤波器调制而成的。人类语音可分为有380声语音和无声语音，前者是由声带振动激励的脉冲信号经声腔调制变成不同的音，它是人类语言中元音的基础，声带振动的频率称为基频。无声语音则是声带保持开启状态，禁止振动引发的。一般来说，由声门振动决定的基频跟说话人的性别特征有关，如下表，而无声语音则没有体现这个特征。说话人的个性化音色和语音的另外一个声学参数——共振峰频率的分布有关。儿童由于声道短，其共振峰频率高于成年人，成年女性的声道一般短于成年男性，所以女性的共振峰频率一般高于男性。本实验是基于男生录制的声音进行相关参数提取，修改接近于女声、童声、老人声，并实现了音调的高低与速度的快慢 男声基频分布(hz):50~180 共振峰频率分布:偏低 人群女声基频分布(hz):160~380共振峰频率分布:中 童声基频分布(hz):400~1000 共振峰频率分布:偏高 第2章 设计方案 2.1 设计原理 采用线性预测参数合成法。线性预测参数合成法利用LPC语音 分析方法，通过分析自然语音样本，计算出LPC系数，就可以建立信号产生模型，从而合成出语音。 2.2 设计步骤 它包括以下几个步骤:1、先用短时自相关法对基音周期估值。2、用LPC倒谱法提取共振峰。3、线性预测语音信号合成，根据线性预测的基本思想，用过去M个样点值来预测现在或未来的样点值。4、用matlap编程和matlap GUI界面设计。 第3章 建模 3.1 基于短时自相关法的基音周期估值 对语言信号进行低通滤波，然后进行自相关计算。在低通滤波时，采用巴特沃斯滤波器 3.1.1构建巴特沃斯低通滤波器 根据人的说话特征设定相应指标参数，对本段语音设计算出巴特沃斯模拟滤波器的阶数N为5，3dB截止频率归一化低通原型系统函数为: ,,算出为0.175， 其中 将带人中，得到低通滤波器， 根据设定的滤波器编写matlab程序，当信号经过低通滤波器后，对原始信号滤波产生结果如下图所示，低通滤波后，保留基音频率，然后再用8kHz采样