通信工程专业 毕业论文.doc

单位代码 01学 号 分类号 TN912.3密 级 毕业设计论文语音信号增强技术的研究与仿真实现院（系）名称 信息工程学院专业名称通信工程学生姓名指导教师2011年5月15日语音信号增强技术的研究与仿真实现摘 要语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科语 音信号处理的应用极为广泛，其中的主要技术包括语音编码、语音合成、语音识别和语 音增强等，实际中，语音常常受到环境噪声的干扰而使通话质量下降，严重时使语音处 理系统不能正常工作在这种情况下，必须采用信号处理方法进行语音增强，抑制背景 噪声，以提高语音通信质量因此，就语音增强技术本文着重在抑制背景噪声上进行了 研究和仿真首先，对语咅信号的各种处理技术进行了较为详细地介绍；其次根据对语音信号增 强处理技术的分析，设计了一个用于抑制噪声的数字滤波器，从而达到了语音增强的目 的最后在MATLAB的环境中，对含噪声语音信号读入，然后通过设计的滤波器进行 了仿真实现，使语音信号得到了增强关键i司：语音信号处理，语音增强，MATLABSpeech signal processing technology research and simulationAuthor:Zhu Chaojun Tutor:Tang HailingAbstractSpeech signal processing is a new developing discipline which has a research on the speech signal using the technology of digital signal processing・ The application is very widespread. Speech coding, speech synthesis, speech recognition and speech enhancement are the primary kinds of technology of speech signal processing. Actually, speech is often disturbed by environmental noise.So that the speech quality will drop down. If it is serious,the speech processing system will work unnormally. Under this kind of circumstances, we must adopt signal handling mathod to enhance speech so that the noise from background can be controled. If we do this, the speech quality can be improved. So about speech enhancement technology, this text emphasizes on research and simulation about the control of background noise.Firstly, we have introduced various kinds of processing technology in detail. Secondly, on the basis of analysis about the technology of speech signal enhancement processing, we have designed a transform for digital filter to control noise so that the objective of speech enhancement can be made. Finally, in the environment of MATLAB, the speech signal that contains noise will be readed-in. Then through the transform for digital filter that has been devesed the simulation can be realized. By means of this, speech signal was enhanced in deed.Key words： Speech signal processing, speech enhancement, MATLAB1绪论 11」语音处理技术的概述 11」」语音编码技术 21」.2语音合成技术 31」・3语音识别技术 31」.4语音增强技术 51.2课题研究背景及意义 51.3本文主要研究内容 62语音及语音增强研究的基础 72」语音增强概述 72.2语音增强技术的基本理论 82.3常用的语音增强算法 92.4小结 103语音信号增强的实现 113」语音信号的获取及相应处理 113.1.1时域信号的FFT分析 113」.2语音信号的获取 113.2针对语音信号的FIR数字滤波器的设计 133.2.1数字滤波器设计原理 133.2.2数字滤波器的设计步骤 143.2.3 FIR滤波器与IIR滤波器的性能比较 143.2.4FIR数字滤波器的设计 153.2.5针对语音信号的FIR数字滤波器的设计 153.3语音信号的增强处理 163.4小结 184结论 19致谢 20参考文献 211绪论1.1语音处理技术的概述通过语音来与人传递信息是人类最重要的基本功能之一，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为重要的手段。

虽然，人可以通过多种手 段拉来获得外界的信息，但最重要最精细的信息源只有语言、文字和图像三种与用声 音传递信息相比，虽然用视觉和文字相互传递信息，其效果要差的多这是因为语音中 除包含实际发音内容的语言信息外，还包括发音这是谁及喜怒哀乐等齐种信息所以， 语言是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式另一方面，语言和语 咅与人的智力活动密切相关，与文化和社会的进步紧密相连，它具有最大的信息容量和 最高的智能水平语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门新兴学科，处 理的冃的是用于得到某些参数以便高效传输或存储；或者是用于某种应用，如人工合成 出语音、辨识出讲话者识别出讲话内容，进行语音增强等语音信号处理是一门新兴的学科，同吋又是综合性的多学科领域，是一门涉及面很 广的交叉学科虽然从事这一领域研究的人员主要来自信息处理及计算机等学科，但是 它与语音学、语言学、声学、认知科学、生理学、心理学及数理统计等需要学科也有非 常密切的联系⑴语咅信号处理是信息需要领域应用的可信技术之一，是目前发展最为迅速的信息科 学研究领域中的一个语音处理是目前极为活跃和热门的研究领域，其研究设计一系列 前言科研课题，并H处于迅速发展之中；其研究成果具有重要的学术及应用价值。

20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理方法和算法，如数字滤波器、快速 傅里叶变换等是语音信号数字处理的理论和技术基础进入70年代之后，语音技术取 得了需要实际性的进展；用于语音信号的嬉戏压缩和特征提取的线性预测技术，已成为 语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域；用 于输入语音与参考样本之间时间匹配的动态规划方法80年代初一种新的基于聚类分 析的高效数据技术一一矢量量化应用于语音信号处理中；而用隐式马尔可夫模型描述语 音信号过程的产生式80年代语音信号处理技术的重大进展近年来人工神经网络的研 究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促使其发展的重要动力之一；同时，它 的许多成果，也体现在有关语咅的各项应用之中，尤其语音识别是神经网络的一个重要 应用领域从技术角度讲，语音信号处理是信息高速公路、多媒体技术、办公自动化、现代通 信及智能系统等新兴领域应用的核心技术之一在高度发达的信息社会用数字化的方法 进行语音的传送、存储、识别、合成、增强等是整个数字化通信网中最重要、最基本的 组成部分之一同时，由于语言是人类相互间沟通的最自然和最方便的形式，所以它是 一种理想的人机通信方式。

因而可为计算机、自动化系统等建立良好的人机交互环境， 进一步推动计算机和其他智能机器的应用，捉高社会信息化和自动化的程度语音处理技术的应用及其广泛包括工业、军事、交通、医学、民用等齐个领域 戸前，语咅处理技术处于蓬勃发展时期，已有大量产品投放市场，并且不断有新产品被 开发研制，具有及其广泛的市场需要和应用前景1」」语音编码技术对于移动通信而言，最多的信息就是语音信号，语音编码的技术在数字移动通信中 具有和当关键的作用，高质量低速率的语音编码技术是数字移动网永远的追求所谓语 音编码，它是将模拟语音信号转变为数字信号以便在信道中传输除了通信带宽的要求 外，计算机存储容量的限制也要求对语音信号进行压缩，以满足海量数据情况下进行实 时或准时计算机处理的目的在语音信号的数字处理过程中，语音编码技术至关重要，直接影响到话音的存储、 语音合成、语音识别与理解语音编码是将模拟语音信号实现数字化的基本手段语音 信号是一种时变的准周期信号，而经过编码描述以后，语音信号可以作为数字数据来传 输、存储或处理，因而具有一般数字信号的优点语音编码主要有三种方式：波形编码、 信源编码和混合编码，这三种方式都涉及到语咅的压缩编码技术。

通常把编码速率低于 64 kbps的语音编码方式称为语音压缩编码技术如何在尽量减少失真的情况下，降低 语音编码的比特数已成为语音压缩编码技术的主要内容，换言之，在相同编码比特率下, 如何取得更高质量的恢复语音是较高质量语音编码系统的要求⑶1.1.2语音合成技术从18世纪开始，人们就研究“会说话的机器”，现代电子技术产生以后，“会说话 的机器”这一术语也被“语音合成”所替代，由人工制作出语音称为语音合成，就是由 机器产生出声音，它是人机语咅通信的一个重要组成部分语音合成系统是一个单向系 统，由计算机到人，用语音合成来传递语言具有下面的优点：不用特别注意和专门训练, 任何人都可以理解，可以直接使用网和机，无须消耗纸张等资源语音合成，又称文语转换技术，能将任意文字信息实时转化为标准流畅的语 音朗读出来，相当于给机器装上了人工嘴巴解决的主要问题就是如何将文字信 息转化为可听的声咅信息，也即让机器像人一样开口说话语音合成技术经历了 一个逐步发展的过程，从参数合成到拼接合成，再到两者的逐步结合，其不断发 展的动力是人们认知水平和需求的提高目前，常用的语音合成方法主要有：共 振峰合成、LPC合成、PSOLA拼接合成和LMA声道模型技术。

它们各有优缺点，人 们在应用过程中往往将多种技术有机地结合在一起，或将一种技术的优点运用到 另一种技术上，以克服另一种技术的不足语音合成的目的是产牛与人通信有关的语音，所以可懂度是很重要的同时，语音 的和自然度，这些主观因素对语音合成的实用性也有很大的影响由于计算机和集成电路技术的发展，推动了语音信号处理的实用化，已开发出了很 多产品现在有很多专用语音处理芯片，这些芯片和微型计算机或微处理器相结合可以 组成各种复杂的语音处理系统器重语咅合成在技术上比较成熟，在语音处理中影响也 最大，多是有限词汇量的语音合成器。