基于matlab算法的數(shù)字變聲器

1、基于MATLAB算法的數(shù)字變聲器【摘要】變聲器的原理是通過改變輸入聲音頻率，進(jìn)行改變聲音的音色、音調(diào)，使輸出聲音在感官上與原聲音不同。變聲器是借助對(duì)聲音音色和音調(diào)的雙重復(fù)合改變，實(shí)現(xiàn)輸出聲音的改變。通過自己發(fā)聲，共振峰頻率的改變是基于重采樣實(shí)現(xiàn)的。同時(shí)用LPC倒譜分析法分析共振峰的范圍，通過MATLAB編寫程序并構(gòu)置GUI界面。實(shí)驗(yàn)中通過MATLAB軟件對(duì)采集來的語言信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，討論不同人之間的噪音源參數(shù)和共振峰參數(shù)，通過對(duì)不同人

2、語言信號(hào)頻率和幅度的改變來實(shí)現(xiàn)不同人之間的語音轉(zhuǎn)換?！娟P(guān)鍵詞】短時(shí)自相關(guān)法；LPC倒譜；語音信號(hào)；matlabGUI；1引言引言隨著生活水平的提高，科技的不斷進(jìn)步，很多人為了娛樂，從而希望改變自己的聲音；還有如今的許多的訪問節(jié)目為了保護(hù)被訪問者，都對(duì)聲音進(jìn)行了相應(yīng)的處理。本設(shè)計(jì)通過編寫matlab程序，借助對(duì)聲音音色和音調(diào)的雙重復(fù)合改變，實(shí)現(xiàn)輸出聲音的改變。共振峰頻率的改變是基于重采樣實(shí)現(xiàn)的，從重采樣原理知道，這也同時(shí)印發(fā)了基頻的變化，

3、為保證基頻變化和共振峰頻率變化的獨(dú)立、互不相關(guān)，在基頻移動(dòng)時(shí)必須考慮抵消重采樣帶來的偏移，理論上只要基頻檢測(cè)足夠精確，確實(shí)可以保證基頻改變和共振峰頻率改變間的互不相關(guān)。保證變聲效果的自然度主要是沒有采用基因檢測(cè)將基因移動(dòng)和共振峰變化徹底隔離的緣故。本次課程設(shè)計(jì)就是運(yùn)用我們所學(xué)到的理論知識(shí)，用MATLAB軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的變聲處理，理論聯(lián)系實(shí)際，從而更好地掌握以及運(yùn)用所學(xué)習(xí)的知識(shí)。2數(shù)字變聲器的原理與算法數(shù)字變聲器的原理與算法2.12

4、.1基本原理基本原理語音科學(xué)家將人類發(fā)聲過程視作一個(gè)由聲門源輸送的氣流經(jīng)以聲道、口、鼻腔組成的濾波器調(diào)制而成的。人類語音可分為有聲語音和無聲語音，前者是由聲帶振動(dòng)激勵(lì)的脈沖信號(hào)經(jīng)聲腔調(diào)制變成不同的音，它是人類語言中元音的基礎(chǔ)，聲帶振動(dòng)的頻率稱為基頻。無聲語音則是聲帶保持開啟狀態(tài)，禁止振動(dòng)引發(fā)的。一般來說，由聲門振動(dòng)決定的基頻跟說話人的性別特征有關(guān)，如下表，而無聲語音則沒有體現(xiàn)這個(gè)特征。說話人的個(gè)性化音色和語音的另外一個(gè)聲學(xué)參數(shù)——共振峰

5、頻率的分布有關(guān)。兒童由于聲道短，其共振峰頻率高于成年人，成年女性的聲道一般短于成年男性，所以女性的共振峰頻率一般高于男性。在進(jìn)行性別變聲時(shí)，主要考慮基音周期、基頻和共振峰頻率的變化。其中男生、女生和童聲的基頻、共振峰的關(guān)系如圖1所示；基音周期改變時(shí)，基頻、共振峰同時(shí)變化，若伸展既有男變女、女變童，反之亦可。本實(shí)驗(yàn)是基于打開一種聲音進(jìn)行相關(guān)參數(shù)提取，修改接近于女聲、男聲或童聲，實(shí)現(xiàn)聲音的變換。2.22.2實(shí)現(xiàn)過程及算法實(shí)現(xiàn)過程及算法采用線

6、性預(yù)測(cè)參數(shù)合成法。線性預(yù)測(cè)參數(shù)合成法利用LPC語音分析方法，通過分析自圖1人群基頻與共振峰的關(guān)系()==??1∑=0()()其中k為信號(hào)延遲點(diǎn)數(shù):為語音信號(hào)；N為語音幀長(zhǎng)度。經(jīng)過低通濾波之()后，取160個(gè)樣點(diǎn)數(shù)，幀長(zhǎng)取10ms，對(duì)每幀語音求短時(shí)自相關(guān)，取得自相關(guān)最大點(diǎn)數(shù)，自相關(guān)函數(shù)在基音周期處表現(xiàn)為峰值，這些峰值點(diǎn)之間的間隔的平均值就是基音周期。2.2.32.2.3LPCLPC倒譜法提取共振峰倒譜法提取共振峰通過線性預(yù)測(cè)分析得到合成濾

7、波器的系統(tǒng)函數(shù)為（）=11?∑=1?其沖擊響應(yīng)為h(n)為預(yù)測(cè)系數(shù)。然后求h(n)的倒譜(n)首先根據(jù)同態(tài)分析方h?法，有(z)=logH(z)因?yàn)镠（z）是最小相位的，即在單位圓內(nèi)是解析的，所以(z)可H?H?以展開成級(jí)數(shù)形式，即H?(z)=也就是說H?(z)的逆變換h?(n)是存在的，∑∞=1(n)h?設(shè)h?(n)=0，將等式兩端分別對(duì)求導(dǎo)，得到：1=∑∞=1(n)?1h?∑=1?11?∑=1?u?有（1）h?=令式左右兩邊Z的各次

8、冪∑=1∑∝=1(n)1∑∝=11u?前系數(shù)分別相等得到：h?(1)=1h?(n)=h?1∑?1=1(1?)(n?)≤≤h?(n)=np∑?1=1(1?)(n?)h?在本實(shí)驗(yàn)中，取預(yù)測(cè)階數(shù)為10，語音的樣點(diǎn)數(shù)為160，按照上式可直接從預(yù)測(cè)系數(shù)求得倒譜h?(n)，這個(gè)倒譜是根據(jù)線性預(yù)測(cè)模型得到，即稱為L(zhǎng)PC倒譜。2.2.42.2.4線性預(yù)測(cè)語音信號(hào)合成線性預(yù)測(cè)語音信號(hào)合成根據(jù)線性預(yù)測(cè)的基本思想，用過去M個(gè)樣點(diǎn)值來預(yù)測(cè)現(xiàn)在或未來的樣點(diǎn)值：（