基于Matlab的语音滤波处理

      基于matlab的语音信号处理

摘要

利用所学习的数字信号处理知识，设计了一个有趣的音效处理系统，首先设计了几种不同的滤波器对声音进行滤波处理，分析了时域和频域的变化，比较了经过滤波处理后的声音与原来的声音有何变化。同时设计实现了语音的倒放，变速播放，回响，音调转换等处理效果，其中音调转换部分使用了重新采样改变基频，再进行时长规整的算法。

基于MATLAB的语音信号处理

语音信号的采集

 录制或者截取一段音乐，时间在1分钟左右，存为.wav的文件。然后利用wavread对语音信号进行采样。我们一共选择了3段语音，其中

 d.wav 真心英雄（周华健）（男声）

 man.wav我的歌声里（自己录制）（男声）

 girl.wav看的最远的地方（张韶涵）（女声）

语音信号的频谱分析

使用matlab画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换,得到信号的频谱特性，画出频谱图，分析频率成分。这里我们分析的是d.wav，通过分析知道频率分布在0—10KHz，主要分布在低频。

数字滤波器设计

这里我们设计了4种滤波器对语音进行处理，分别为椭圆低通滤波，椭圆高通滤波，等波纹逼近法FIR带通滤波器，双线性变换法切比雪夫数字高通滤波器，绘制出相应的幅度、相位谱图，滤波后的波形、频谱图。

各滤波器的设计如下：

椭圆低通滤波器：fb＝1 200 Hz,fc＝1 400 Hz,As＝100 dB,Ap＝1 dB

椭圆高通滤波器：fc＝4 800 Hz,fb＝5 000 Hz As＝100 dB,Ap＝1 dB

等波纹逼近法设计FIR带通滤波器

fb1＝1200Hz,fb2＝3000Hz,fc1＝1000Hz,fc2＝3000Hz,As＝100dB,Ap＝1dB

双线性变换法切比雪夫数字高通滤波器

fc＝4 800 Hz,fb＝5 000 Hz As＝100 dB,Ap＝1 dB

    

    滤波处理后，我们用函数sound()可以对声音进行回放,调用格式：sound(x,fs,bits);感觉滤波前后的声音。语音的低频部分沉稳，空间感较强;中频部分音质一般;高频部分音质非常尖锐，略微有尖音。此外中高频的幅度都不大，回放时音量较低。

语音变速播放

改变语音的播放速度也就是改变采样间隔（即改变了采样频率），但是这个频实现率依然要在2f(Nyquist rate)之上，否则就会产生失真。

%变速-慢放%

w=0.9;

M=w*fs;    %w>1为快放，w<1为慢放

sound(x,M,nbits);

语音倒放

    使用flipud()倒置语音矩阵，逆序输出音频即可。

回响效果

    回声在时域上幅值减小了，频域上的特征不变，只需要把原信号添加一个延时（delay）和对时域的幅度添加一个参数.然后和原信号叠加即可获得回响效果。
 

实现男女声转换音效效果

    我们使用另外写的voice(x,f)函数实现音调转换，x为需要转换的声音，通过抽取插值更改采样率来改变基频，当f>1时音调降低;f<1音调升高。然后再进行时长整合使语音文件恢复原来的时长。时长整合使用重叠叠加算法来实现。经过我们试听，转换效果还是很好的。

总结体会

通过对声音信号的滤波处理，比较其前后变化，感受到了滤波器在声音信号处理当中的作用，同时在实践中掌握了滤波器的基本设计方法，加深了对各种类型的数字滤波器特性的理解。我们通过对声音的各种变换，产生了多种不同的音效，也体会到了语音处理的魅力。在课程设计过程中，我们发现自己对Matlab的应用还是不够熟练，基础不够扎实，花了不少时间编写调试。

代码附录

%读取声音信号%

[y,fs,nbits]=wavread('d'); %读取声音文件

x=y(:,1);       %读入的y矩阵有两列,取第1列

N=length(x);

n=0:N-1;