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目录
第一章 绪论 .................................................................................................................................. 1
1.1 语音信号特征提取概况 ................................................................................................. 1
1.1.1研究意义 ............................................................................................................... 1 1.1.2 发展现状 .............................................................................................................. 1 1.2 Matlab简介 ..................................................................................................................... 1
1.2.1 发展概况 .............................................................................................................. 2 1.2.2 主要功能 .............................................................................................................. 2 1.3 本课题研究内容及结构 ................................................................................................. 3 第二章 语音信号分析 .................................................................................................................. 4
2.1 概述 ................................................................................................................................. 4 2.2 本文所用到的Matlab工具简介 .................................................................................... 4
2.2.1 信号处理工具箱 .................................................................................................. 4 2.2.2 录音工具 .............................................................................................................. 4 2.3 语音数字化和预处理 ..................................................................................................... 5
2.3.1 数字化 .................................................................................................................. 5 2.3.2 预处理 .................................................................................................................. 6 2.3.3 窗函数的选择 ...................................................................................................... 7
第三章 语音信号的时域分析 .................................................................................................. 10
3.1 短时能量及短时平均幅度分析 ................................................................................... 10 3.2 短时过零率分析 ........................................................................................................... 11 第四章 仿真结果及分析 ............................................................................................................ 12
4.1 实验流程说明 ............................................................................................................... 12 4.2 语音数字化和预处理 ................................................................................................... 13
4.2.1 数字化 ................................................................................................................ 13 4.2.2 预处理 ................................................................................................................ 15 4.3 语音信号的时域分析 ................................................................................................... 19
4.3.1 短时平均能量分析 ............................................................................................ 19 4.3.2 短时过零率分析 ................................................................................................ 20 4.4 结果分析 ....................................................................................................................... 22
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第五章 总结 .............................................................................................................................. 24 参考文献 ...................................................................................................................................... 25 附录一：源程序清单 .................................................................................................................... 1 附录二：外文文献翻译 .............................................................................................................. 14 致谢 .............................................................................................................................................. 48
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第1章 绪论
1.1 语音信号特征提取概况
1.1.1研究意义
通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用的和最方便的交换信息的形式。语言是人类特有的功能，声音是人类常用的工具，是相互传递信息的最主要的手段。而当前计算机技术飞速发展，让计算机能听懂人类的语言，，是人类自计算机诞生以来梦寐以求的想法。于是语音信号处理技术应运而生，作为高科技应用领域的研究热点，语音信号处理技术从理论的研究到产品的开发已经走过了几十个春秋并且取得了长足的进步。
语音信号特征参数的提取和研究是语音信号处理的基础，只有分析出了可以表示语音信号本质的特征参数，才有可能利用这些参数进行搞笑的通信和更加准确的识别，才能简历语音合成的数据库。因此语音信号特征参数的提取是语音信号处理中一个重要的课题，也是一项非常有必要的研究[1]。 1.1.2 发展现状
语音信号处理是以语音语言学和数字信号处理为基础而形成的一门涉及面很广的综合性学科，与心理学、生理学、计算机科学、通信与信息科学等有密切关系。作为一个重要的研究领域，语音信号处理有很长的研究历史。它的发展有过两次飞跃。分别是1907年电子管的发明和1920年无线电广播的出现，电子管放大器使很微弱的声音放大很多倍，从而使电声学和语音信号处理有了机密的联系；第二次飞跃是20世纪70年代，电子计算机和数字信号处理的发展，让语音信号可以通过模数转换技术进行采样和量化从而转换为数字信号，这样能够应用数字计算的方法对语音信号进行加工处理，极大提高了语音信号处理的准确性[2]。
语音信号处理是目前发展最为迅速的信息科学技术之一，其研究设计一系列前沿课题，它的研究不断的有新的方法和新的问题出现，目前仍然有许多需要我们去探索和研究的新问题，比如说语音增强的技术理论和听觉器官的物理模型等等。
1.2 Matlab简介
MATLAB是国际上仿真领域最权威、最实用的计算机工具。它是MathWork公司于1984年推出，它以强大的科学计算与可视化功能、简单易用、开放式可扩展环境，特别是所附带的30多种面向不同领域的工具箱支持，使得它在许多科学领域中成为计算机辅助设计和分
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析、算法研究和应用开发的基本工具和首选平台。 1.2.1 发展概况
Matlab是Matrix Laboratory(矩阵实验室的缩写)，最初由美国Cleve Moler博士在70年代末讲授矩阵理论和数据分析等课程时编写的软件包Linpack与Eispack组成，旨在使应用人员免去大量经常重复的矩阵运算和基本数学运算等繁琐的编程工作。1984年成立的Math Works公司正式把Matlab推向市场，并从事Matlab的研究和开发。1990年，该公司推出了以框图为基础的控制系统仿真工具Simulink，它方便了系统的研究与开发，使控制工程师可以直接构造系统框图进行仿真，并提供了控制系统中常用的各种环节的模块库。1993年，Math Works公司推出的Matlab4.0版在原来的基础上又作了较大改进，并推出了Windows版，使命令执行和图形绘制可以在不同窗口进行。1994年推出了Matlab4.2版本，并得到广泛的重视和应用。1999年，推出了Matlab5.3版本，真正实现了32位运算，其速度更快、功能更完善、界面更友好，并提供了Internet搜索引擎，可以协助用户寻求在线帮助。版本6.0、6.1又作了更精细的改进，增加了许多新的功能。版本7.0、7.1包括拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包。工具包又可以分为功能性工具包和学科工具包。功能工具包用来扩充Matlab的符号计算，可视化建模仿真,文字处理及实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包，控制工具包,信号处理工具包,通信工具包等都属于此类[3]。 1.2.2 主要功能
MATLAB之所以成为世界流行的科学计算与数学应用软件，是因为它有着强大的功能。 MATLAB是一种应用于计算技术的高性能语言。它将计算、可视化和编程结合在一个易于使用的环境中，此而将问题解决方案表示成我们所熟悉的数学符号，其典型的使用包括：
1.数学计算。 2.运算法则的推导。 3.模型仿真和还原。 4.数据分析，采集及可视化。
MATLAB是一个交互式系统，它的基本数据元素是矩阵，且不需要指定大小。通过它可以解决很多技术计算问题，尤其是带有矩阵和矢量公式推导的问题。
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1.3 本课题研究内容及结构
本文主要介绍语音信号处理的理论及Matlab的相关内容，然后从Matlab仿真角度验证了录音、预处理、提取语音信号时域特征参数，主要讨论了预处理中各种参数的选择，以使信号特征提取更加准确。再次讨论了各种时域特征参数的算法，包括短时能量、短时过零率等，介绍了各环节的不同软件实现方法。最后对基于Matlab的语音信号特征参数提取进行总结。
第一章主要介绍了语音信号特征参数提取的基本概况及其发展史，同时介绍了关于Matlab软件的相关知识；
第二章主要从理论上介绍了语音信号处理中所涉及到的预处理和数字化以及窗函数选择的理论知识，同时给出了本课题研究中所要涉及到的Matlab的相关函数；
第三章主要介绍了在语音信号在时域中的两种基本参数，短时能量及短时平均功率和短时过零率两种参数的理论基础分析；
第四章是运用Matlab软件对一段语音信号进行预处理、数字化仿真，并提取里短时能量及短时平均幅度和短时过零率两种参数进行了仿真，得出来相关的信号波形，并对结果进行了相关的分析。
第五章是本文的设计总结。
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