基于MATLAB 語(yǔ)音信號(hào)處理的研究

陰艷麗

（遼寧省盤錦市遼河油田通信公司，遼寧 盤錦 124010）

正弦交流信號(hào)與方波信號(hào)是兩種應(yīng)用極為廣泛的信號(hào)，它們通常作振蕩電路產(chǎn)生的，然后將得到的正弦波經(jīng)過電壓比較器或積分電路，則可輸出一個(gè)方波信號(hào)。正弦波振蕩電路是一。在MATLAB 中，[y,fs,bits]=wavread('Blip',[N1 N2]);用于讀取語(yǔ)音，采樣值放在向量y 中，fs 表示采樣頻率(Hz)，bits 表示采樣位數(shù)。[N1 N2]表示讀取從N1點(diǎn)到N2點(diǎn)的值（若只有一個(gè)N的點(diǎn)則表示讀取前N點(diǎn)的采樣值）。sound(x,fs,bits);用于對(duì)聲音的回放。向量y 則就代表了一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)復(fù)雜的“函數(shù)表達(dá)式”）也就是說(shuō)可以像處理一個(gè)信號(hào)表達(dá)式一樣處理這個(gè)聲音信號(hào)。

1 圖形用戶界面設(shè)計(jì)

1.1 GUI設(shè)計(jì)模板

在MATLAB 主窗口中，選擇File 菜單中的New 菜單項(xiàng)，再選擇其中的GUI 命令，就會(huì)顯示圖形用戶界面的設(shè)計(jì)模板。MATLAB為GUI設(shè)計(jì)一共準(zhǔn)備了4 種模板，分別是Blank GUI(默認(rèn))、GUI with Uicontrols(帶控件對(duì)象的GUI 模板)、GUI with Axes and Menu(帶坐標(biāo)軸與菜單的GUI 模板)與Modal Question Dialog(帶模式問話對(duì)話框的GUI 模板)。當(dāng)用戶選擇不同的模板時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)模板界面的右邊就會(huì)顯示出與該模板對(duì)應(yīng)的GUI 圖形。

1.2 GUI設(shè)計(jì)窗口

在GUI設(shè)計(jì)模板中選中一個(gè)模板，然后單擊OK 按鈕，就會(huì)顯示GUI設(shè)計(jì)窗口。選擇不同的GUI設(shè)計(jì)模式時(shí)，在GUI設(shè)計(jì)窗口中顯示的結(jié)果是不一樣的。GUI設(shè)計(jì)窗口由菜單欄、工具欄、控件工具欄以及圖形對(duì)象設(shè)計(jì)區(qū)等部分組成。GUI設(shè)計(jì)窗口的菜單欄有 File、Edit、View、Layout、Tools和Help 6個(gè)菜單項(xiàng)，使用其中的命令可以完成圖形用戶界面的設(shè)計(jì)操作。

1.3 GUI設(shè)計(jì)窗口的基本操作

在GUI設(shè)計(jì)窗口創(chuàng)建圖形對(duì)象后，通過雙擊該對(duì)象，就會(huì)顯示該對(duì)象的屬性編輯器。例如，創(chuàng)建一個(gè)Push Button 對(duì)象，并設(shè)計(jì)該對(duì)象的屬性值。下面的一段程序是語(yǔ)音信號(hào)在MATLAB中的最簡(jiǎn)單表現(xiàn)，它實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音的讀入打開，以及繪出了語(yǔ)音信號(hào)的波形頻譜圖。

2 圖形用戶界面模塊調(diào)試

下面的一段程序是語(yǔ)音信號(hào)在MATLAB中的最簡(jiǎn)單表現(xiàn)，它實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音的讀入打開，以及繪出了語(yǔ)音信號(hào)的波形頻譜圖。

2.1 語(yǔ)音信號(hào)的讀入與打開

[x,fs,bits]=wavread('ding.wav',[10245120]);

sound(x,fs,bits);

X=fft(x,4096);

magX=abs(X);

angX=angle(X);

subplot(221);plot(x);title('原始信號(hào)波形');

subplot(222);plot(X);title('原始信號(hào)頻譜');

subplot(223);plot(magX);title('原始信號(hào)幅值');

subplot(224);plot(angX);title('原始信號(hào)相位');

2.2 語(yǔ)音信號(hào)的定點(diǎn)分析

已知一個(gè)語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)采樣頻率為100Hz，試分別繪制N＝128點(diǎn)DFT的幅頻圖和N＝1024點(diǎn)DFT 幅頻圖。編程如下：

3 圖形用戶界面制作

MATLAB 中圖形用戶界面的制作有兩種方法：M 文件和GUIDE，本設(shè)計(jì)采用GUIDE的方法制作GUI。

3.1 新建一個(gè)空白GUI 模板：進(jìn)入MATLAB程序界面以后執(zhí)行File→New→GUI 過程，即可進(jìn)入

3.2 選擇空白模板選項(xiàng)條，單擊OK，一個(gè)空白GUI 模板生成

3.3 拖拉白色框的右下角調(diào)整界面大小，現(xiàn)在就可以開始設(shè)計(jì)GUI 功能界面了。從左邊控件框選擇所需要的控件放置在GUI 面板中，然后對(duì)各個(gè)控件進(jìn)行編輯，包括位置、大小、顏色、名稱以及編寫回調(diào)函數(shù)等。本設(shè)計(jì)主要用到下拉菜單、坐標(biāo)系、框架和按鈕，現(xiàn)分別介紹。

3.4 按鈕設(shè)計(jì)：按鈕鍵又稱命令按鈕或按鈕，是小的長(zhǎng)方形屏幕對(duì)象，常常在對(duì)象本身標(biāo)有文本。將鼠標(biāo)指針移至對(duì)象，單擊鼠標(biāo)按鈕執(zhí)行由回調(diào)字符串所定義的動(dòng)作。單擊空間框左側(cè)的Push Button 按鈕，在圖形編輯框中確定其位置后單擊鼠標(biāo)左鍵即可放置現(xiàn)在開始編寫回調(diào)函數(shù)，確定按鈕功能。在按鈕上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇view-callbacks→callback 即可在M 文件中找到該按鈕的回調(diào)函數(shù)位置。然后編寫功能函數(shù)，本設(shè)計(jì)中該按鈕的功能是繪制原始波形，那么只需要讀取語(yǔ)音信號(hào)并畫出波形。

3.5 坐標(biāo)系設(shè)計(jì)：坐標(biāo)軸對(duì)象是許多圖形對(duì)象的父對(duì)象，每一個(gè)可視化顯示用戶數(shù)據(jù)的圖形窗口都包含一個(gè)或多個(gè)坐標(biāo)軸對(duì)象。坐標(biāo)軸對(duì)象確定了圖形窗口的坐標(biāo)系統(tǒng)，所有繪圖函數(shù)都會(huì)使用當(dāng)前坐標(biāo)軸對(duì)象或創(chuàng)建一個(gè)新的坐標(biāo)軸對(duì)象，用于確定其繪圖數(shù)據(jù)點(diǎn)在圖形中的位置。單擊空間框左側(cè)的Axes 按鈕，在圖形編輯框中確定其位置后單擊鼠標(biāo)左鍵即可放置

3.6 框架設(shè)計(jì)：框架對(duì)象僅是帶色彩的矩形區(qū)域，框架提供了視覺的分隔性，框架的style 屬性值是Frame。在其他對(duì)象放入框架之前，框架應(yīng)事先定義，否則框架可能覆蓋控制框使他們不可見。語(yǔ)音信號(hào)處理是語(yǔ)音學(xué)與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合的交叉學(xué)科，課題在這里不討論語(yǔ)音學(xué)，而是將語(yǔ)音當(dāng)做一種特殊的信號(hào)，即一種“復(fù)雜向量”來(lái)看待。也就是說(shuō)，課題更多的還是體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。用到了處理數(shù)字信號(hào)的強(qiáng)有力工具M(jìn)ATLAB，通過MATLAB 里幾個(gè)命令函數(shù)的調(diào)用，很輕易的在實(shí)際化語(yǔ)音與數(shù)字信號(hào)的理論之間搭了一座橋。我們可以像給一般信號(hào)做頻譜分析一樣，來(lái)給語(yǔ)音信號(hào)做頻譜分析，也可以較容易的用數(shù)字濾波器來(lái)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行濾波處理。利用MATLAB的gui 界面設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)出了一個(gè)簡(jiǎn)易的用戶應(yīng)用界面，可以讓人實(shí)現(xiàn)界面操作。更加方便的進(jìn)行語(yǔ)音的頻譜分析與濾波處理。

[1] 王備戰(zhàn).基于KM的電子政務(wù)技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].西北工業(yè)大學(xué)，2003.

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[3] 蘇宏濤.基于統(tǒng)計(jì)特征的人臉識(shí)別技術(shù)研究[D].西北工業(yè)大學(xué)，2004.