《信号与系统》课程设计——语音信号的分析和处理

《信号与系统》课程设计——语音信号的分析和处理

【设计题目】基于时频域的分析方法对语音信号进行分析和处理

【设计目标】尝试对语音信号进行时频域分析和处理的基本方法

【设计工具】MATLAB

【设计原理】

通过MATLAB的函数wavread()可以读入一个.wav格式的音频文件，并将该文件保存到指定的数组中。例如下面的语句（更详细的命令介绍可以自己查阅MATLAB的帮助）中，将.wav读入后存放到矩阵y中。

y = wavread('Q2.wav');

对于单声道的音频文件，y只有一行，即一个向量；对于双声道的音频文件，y有两行，分别对应了两个声道的向量。我们这里仅对一个声道的音频进行分析和处理即可。注意：.wav文件的采样频率为44.1KHz，采样后的量化精度是16位，不过我们不用关心其量化精度，因为在MATLAB读入后，已将其转换成double型的浮点数表示。

在获得了对应音频文件的数组后，我们可以对其进行一些基本的分析和处理。可以包括：

1、对语音信号进行频域分析，找到语音信号的主要频谱成分所在的带宽，验证为何电话可以对语音信号采用8KHz的采样速率。

2、分析男声和女声的差别。我们知道男声和女声在频域上是有些差别的，一般大家都会认为女声有更多高频的成分，验证这种差别。同时，提出一种方法，能够对一段音频信号是男声信号、还是女声信号进行自动的判断。

3、.wav文件的采样速率为44.1KHz，仍然远远高于我们通常说的语音信号需要的频谱宽度，例如在电话对语音信号的采样中，我们仅仅使用8KHz的采样速率。对读入的音频数据进行不同速率的降采样，使用wavplay()命令播放降采样后的序列，验证是否会对信号的质量产生影响。降采样的方法很简单，例如命令y = wavread('Q2.wav');将语音文件读入后保存在向量y中，这时对应的采样频率为44.1KHz。使用y1 = y(1:2:length(y))命令，就可以将原序列y每隔1个采样后放入序列y1中，这时y1序列对应的采样频率即为22KHz。

4、比较不同音阶的频域差别，同时比较不同乐器音频信号的频域差别。

5、双径模型是无线通信中最简单的一种模型。发送方天线发出的信号，除了可以直接抵达接收天线，还可能通过建筑物等反射到达接收天线，这时接收到的信号就变成了两路信号的叠加，如图示意，两路信号显然会出现时间差。