语音信号变声处理系

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