基于MATLAB語(yǔ)音信號(hào)采集與處理

平婧

摘要：本設(shè)計(jì)是基于matlab平臺(tái)的語(yǔ)音信號(hào)采集與處理，即在安靜無(wú)噪聲環(huán)境下，采用Windows下的錄音機(jī)記錄下語(yǔ)音片段，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析并加入干擾噪聲，進(jìn)行回放。感受噪聲前后的聲音變化并設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器。選用窗函數(shù)和雙線性法分別設(shè)計(jì)出FIR和IIR的低通、高通以及帶通濾波器12種濾波器，并進(jìn)行比較，后選擇對(duì)噪聲語(yǔ)音信號(hào)最合適的濾波器進(jìn)行濾波，然后得出結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：語(yǔ)音; 噪聲; 濾波器;分析

言語(yǔ)是語(yǔ)言的完美表現(xiàn)同樣也是聲音的表征。言語(yǔ)表達(dá)人所溝通最簡(jiǎn)便最快捷和最自然的手段?，F(xiàn)代社會(huì)文化的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展讓人們已經(jīng)逐步的進(jìn)入到了新的信息社會(huì)，現(xiàn)在的語(yǔ)音技術(shù)以及語(yǔ)音處理都是采用最高端最符合現(xiàn)在生活的技術(shù)和手段來(lái)研究的，這能使大眾都可以更高效、快捷的接收存儲(chǔ)和傳輸語(yǔ)音信息，這對(duì)于現(xiàn)代高速發(fā)展的科技社會(huì)有更加積極地影響，也正因?yàn)槿绱?，所以語(yǔ)音信號(hào)處理得研究技術(shù)受到了更多的關(guān)注和支持。

當(dāng)前，從語(yǔ)音處理技術(shù)的信息化建設(shè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來(lái)看，語(yǔ)音技術(shù)在不同領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如像說(shuō)話人的語(yǔ)音信號(hào)驗(yàn)證和鑒別，語(yǔ)言識(shí)別和驗(yàn)證，關(guān)鍵字檢測(cè)和驗(yàn)證，語(yǔ)音合成和語(yǔ)音編碼。語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)是關(guān)于人工智能方向以及通信與其他不同學(xué)科的重要的分支和應(yīng)用。不僅在各大公司和研究機(jī)構(gòu)，而且在各大院校中都有人積極去參與進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)處理的研發(fā)和教授。

關(guān)于語(yǔ)音信號(hào)處理的探究其實(shí)從上個(gè)世紀(jì)就開始了，這可以追想到上個(gè)世紀(jì)九十年代左右達(dá)德利研究的聲碼器還有波特等人對(duì)語(yǔ)音處理的研究開始了。1952那年，戴維斯等眾人在貝爾實(shí)驗(yàn)室中，初次研發(fā)成功十個(gè)英語(yǔ)數(shù)字的識(shí)別實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。1956年，奧爾森和貝勒兒等一些人研發(fā)出了一種簡(jiǎn)易的語(yǔ)音打字機(jī)。直到60年基初期階段，研究語(yǔ)音合成方面取得了不小的進(jìn)步。60年代中期的時(shí)候可以發(fā)現(xiàn)一系列的信號(hào)處理技術(shù)及方法初步已經(jīng)形成。

在1971年以前，研究"語(yǔ)音理解系統(tǒng)"計(jì)劃慢慢開始發(fā)展，這是由美國(guó)ARPA所為主導(dǎo)發(fā)起的。語(yǔ)音理解系統(tǒng)在歐美地區(qū)而且同時(shí)也對(duì)世界上所有國(guó)家都產(chǎn)生了影響?？梢哉f(shuō)是它進(jìn)一步的促進(jìn)了語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的崛起;80年代階段矢量量化以及ANN接連不斷的被使用后在語(yǔ)音處理上面，語(yǔ)音處理技術(shù)有了不俗的突破在被學(xué)者們經(jīng)過(guò)被不斷的進(jìn)化和改進(jìn)后;50年代后90年代前語(yǔ)音分析及識(shí)別等相關(guān)的技術(shù)不斷發(fā)展。雖然語(yǔ)音技術(shù)的體系框架沒有重大突破，但在實(shí)際應(yīng)用中取得了巨大的進(jìn)步。例如在DARPA項(xiàng)目里，在語(yǔ)音自然語(yǔ)言處理中的應(yīng)用上就可以看到美國(guó)積極的推動(dòng)作用。在此期間，機(jī)器人語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用以及銀行，電信等行業(yè)語(yǔ)音技術(shù)的不斷使用，使得語(yǔ)音技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。在歐洲的大部分發(fā)達(dá)國(guó)家，服務(wù)行業(yè)和市場(chǎng)領(lǐng)域中已經(jīng)有大批語(yǔ)音識(shí)別產(chǎn)品在逐步踏入了，交換機(jī)，電話和移動(dòng)電話包含語(yǔ)音識(shí)別功能這使人們可以用這些簡(jiǎn)便迅速的客戶端設(shè)備來(lái)查詢，了解以及獲取所需的信息內(nèi)容。

語(yǔ)音信號(hào)處理這幾年已經(jīng)躋身各大科學(xué)家們的研究熱點(diǎn)，它在科學(xué)家們的研究下?lián)碛辛瞬凰椎耐黄?，它現(xiàn)在正與辦公方面，交通運(yùn)輸，以及商業(yè)金融安全方面各行各業(yè)息息相關(guān)，由此也突出了語(yǔ)音處理技術(shù)是不得不深入去研究和開發(fā)的任務(wù)，也具有不一般的挑戰(zhàn)性。目前，語(yǔ)音處理技術(shù)的研究和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合得非常好。產(chǎn)學(xué)研一體化得到充分實(shí)現(xiàn)。我們有理由相信，語(yǔ)音技術(shù)將在未來(lái)發(fā)展得更好，并為每個(gè)人帶來(lái)更多幫助。

近些年更是在互聯(lián)網(wǎng)和手機(jī)上出現(xiàn)一些非常小軟件小系統(tǒng)，這贏得了廣大年輕人的喜愛，通過(guò)了解，我們發(fā)現(xiàn)這些其實(shí)就是變聲軟件。經(jīng)過(guò)軟件錄音之后可以將聲音變換成女孩子的聲音，很男子氣概的男人聲，老人的聲音，寶寶的聲音等等。這種新奇的操作很快風(fēng)靡在年輕的群體中，其實(shí)這些應(yīng)用軟件的原理實(shí)際上就是語(yǔ)音信號(hào)處理，將采集到的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行分析后通過(guò)更改基頻然后時(shí)長(zhǎng)規(guī)整的方法來(lái)變換聲音。這些都屬于語(yǔ)音信號(hào)處理研究的范疇。

當(dāng)前最熱點(diǎn)的研究就是人機(jī)交互，科學(xué)家們也在積極主動(dòng)的研究這一方面。了解過(guò)人工智能的朋友們應(yīng)該能夠清楚，在人工智能方向的人機(jī)對(duì)話中的語(yǔ)音交互是多么重要的一個(gè)部分。一個(gè)完滿的語(yǔ)音交互是非常復(fù)雜的，它包括了語(yǔ)音語(yǔ)義、還有機(jī)器的設(shè)備、處理器等等很多個(gè)部分。因?yàn)榇蟊姴⑽瓷钊氲娜ソ佑|，所以大多數(shù)人覺得這很簡(jiǎn)單，其實(shí)不然，這是一個(gè)非常復(fù)雜浩大的工程。這個(gè)話題具有很大的實(shí)際意義，比如語(yǔ)音翻譯，以及使用語(yǔ)音命令的機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)。這些是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。它們不是科幻小說(shuō)的產(chǎn)物，而是科學(xué)產(chǎn)品，并且很快就會(huì)被實(shí)現(xiàn)。

可以看到語(yǔ)音信號(hào)處理促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展并為社會(huì)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。它在理論上會(huì)在未來(lái)得到更廣泛的發(fā)展，也將成為社會(huì)各方面非常有用的工具。這對(duì)我們的未來(lái)發(fā)展是必須的。不論是在軍事領(lǐng)域和民間方面還是在社會(huì)生產(chǎn)或科學(xué)方面它都占有重要地位，從90年代階段所發(fā)明的簡(jiǎn)易電話過(guò)渡至現(xiàn)代社會(huì)的手機(jī)，都體現(xiàn)出來(lái)語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)的意義和對(duì)人類社會(huì)的必要性。

結(jié)語(yǔ)：此次論文設(shè)計(jì)是基于MATLAB平臺(tái)的語(yǔ)音信號(hào)處理，在電腦上首先采集相關(guān)語(yǔ)音，然后使用MATLAB進(jìn)行分析并加入干擾噪聲，隨后設(shè)計(jì)濾波器并選擇相對(duì)合適的濾波器進(jìn)行濾波處理。為了順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在前期做了很多準(zhǔn)備，對(duì)參考資料和論題做了詳細(xì)的了解。了解了許多matlab通用指令、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的用法、熟悉了二維圖形繪制的常用命令線性設(shè)置典型設(shè)置，也掌握了MATLAB中錄制和語(yǔ)音有關(guān)的指令，例如：語(yǔ)音錄制命令wavrecord，語(yǔ)音讀入命令wavread，語(yǔ)音播放命令wavplay和sound，濾波命令filter等。

此次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用MATLAB命令設(shè)計(jì)各種數(shù)字濾波器，能進(jìn)行語(yǔ)音的各種濾波并感受濾波前后的聽覺效果。進(jìn)過(guò)各種濾波器后出來(lái)的聲音都比較不一樣。比如在低通濾波之后，聲音較低的低頻信號(hào)被留下來(lái)，濾掉了高頻信號(hào)等等，我也同時(shí)發(fā)現(xiàn)低通濾波器比高通濾波器在頻域中具有比高頻分量更多的低頻分量，并且語(yǔ)音信號(hào)的能量在低頻中更集中。

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