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数字信号处理 课程设计报告 课设题目： 语音信号变声处理系统 学 院： 信息与电气工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 1102502 姓 名： 王珂 学 号： 110250217 指导教师： 周志权、赵占锋 哈尔滨工业大学（威海） 2015年1月5日 不要删除行尾的分节符，此行不会被打印 1.设计任务 电视台经常针对某些事件的知情者进行采访，为了保护知情者，经常改 变说话人的声音，请利用所学的知识，将其实现。 （1） 自己录制一段正常的声音文件，或者通过菜单选择的方式选择一段正常声音文件； （2）能够播放该文件； （3）对语音信号进行处理，要求处理后的语音信号基本不影响正常收听与理解； （4）对处理参数能够通过 matlab 界面进行调节，以对比不同处理效果；（5）能够对处理后的声音文件与原始声音文件的频谱进行观察、分析。 （6）编制 GUI 用户界面。 2.课程设计原理及设计方案 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。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 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。 3.课程设计的步骤和结果 设计方案：1录入一段声音???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? 以下为各任务实现过程： 图 2 为用Matlab实现的GUI用户界面，通过“speech signal ”按钮选择语音信号类型，本课程设计共录制了三段语音信号，分别为两种不同频率的“语音信号处理”及“one two three”。“drawplay sound”按钮用于播放录音，“slow play”“fast play”“low voice” “high voice” “echo”是语音处理过程。 图 2 GUI界面 图 3— 图 8 为“语音信号处理”录音的频谱。 图 3 变声前语音信号的频谱 图 4 慢声调语音信号频谱 图 5 快语调语音信号频谱 图 4 为分别以6000Hz 和4096Hz进行采样得到的语音信号的频谱， 图 5 以16384Hz进行采样得到的语音信号的频谱，通过两幅图对比可知改变采样频谱可以实现声音的改变。 图 6 降调语音信号的频谱 图 7 升调语音信号的频谱 图 6 图 7 对原语音信号分别进行降调升调处理，由频谱图可知降调升调改变了声音。 图 8 带有回声的语音信号频谱 图 8 为带有回声的语音信号的频谱。通过频谱图可以观察到低频处有较多干扰，即产生了回音。 图 9—图 14是语音信号频率参数改变后的频谱。 图 9 变声前语音信号的频谱 图 10 慢声调语音信号频谱 图 11 快声调语音信号频谱 图 12 降调后语音信号的频谱 图 13 升调后的语音信号频谱 图 14 有回声效果的语音信号的频谱 通过对比两种不同频率的语音信号，可知改变基频可以变声。 图 15— 图 20为“one two three”录音的频谱。 图 15 原语音信号 图 16 慢声调语音信号频谱 图 17 快声调语音信号频谱 图 18 降调后语音信号频谱 图 19 升调语音信号频谱 图 20 有回声效果语音信号频谱 4.课程设计总结 1、改变频谱可以实现变声； 2、改变基频可以变声； 3、共振峰与基频是变声的重点； 5.设计体会 1、巩固和加深了对数字信号处理的基本概念、基本原理、基本分析方法的理解； 2、提高了综合利用数字信号处理