理 论广 角 ● I 基于 MATLAB的语音信号录制采集和分析的程序设计 刘 晓炯 (西北民族大学电气工程学院 甘肃 兰州I 730030) [摘 要]语音信号处理技术是语音处理领域中新近发展起来的一个学科分支，MATLAB是一个数据分析和处理功能十分强大的工程使用软件，运用它来进行 语音信 号的采集和处理相当便捷 。文章介绍了在 MATLAB环境中如何采集语 音信 号和语音信号采集后的频谱分析处理，并通过实例具体分析。 [关键词]MATLAB 语音信号 傅立叶变换 短时分析 中图分类号：0174．22 文献标识码 ：A 文章编号：1009 914X(2012)28—0257—02 1引言 通过语音传递倍息是人类最重要、最有效、最常用和最方便 的交换信 息的形式。语言是人类持有的功能．声音是人类常用的工具，是相互传递信 息的最主要的手段。由于语言和语音与人的智力活动密切相关，与社会文化 和进步紧密相连，所 以它具有最大的信息容量和最高的智能水平。现在，人类 已开始进入了信息化时代，用现代手段研究语音信号，使人们能更加有效地产 生、传输、存储、获取和应用语音信息，这对于促进社会的发展具有十分 重要 的意 义。 近年来，语音识别已经成为一个非常活跃的研究领域。在不远的将来，语 音识别技术有可能作为一种重要的人机交互手段，辅助甚至取代传统的键盘、 鼠标等输入设备，在个人计算机上进行文字录入和操作控制。而在手持式 PDA、智能家电、工业现场控制等应用场合，语音识别技术则有更为广阔的 发展前景． 2语音信号的采集 在实际：1：作中，我们可以利用 windows白带的录音机录制语音文件，图l 是基于Pc机的语音信号采集过程，声卡可以完成语音波形的A／D转换，获得 wAVE文件，为后续的处理储备原材料 。调节录音机保存界面的 “更改 ”选 项，可以存储各种格式的 WAVE文件 。 言 音 图 1基于 PC机的语音信号采集过程 在MATLAB中，[Y，fs，bits]=wavread(’B1ip’，[N1 N2])：用于读取语音， 采样值放在向量y中，fs表示采样频率(Hz)，bits表示采样位数。[Nl N2]表 示读取从Nl点到N2点的值 (若只有一个 N的点则表示读取前N点的采样值)。 sound(y)：用于对声音的回放，向量 y则就代表了一 个信号。 3语音信号分析及MATLAB实现 通过对发声机理的认识，语音信号可以认为是短时平稳的。我们采用一 个长度有限的窗函数来截取语音信号形成分析帧。通常会采用矩形窗和汉明 窗。这两种窗函数都有低通特性，通过分析这两种窗的频率响应幅度特性可 以发现：矩形窗的主瓣宽度小(4*pi／N)，具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值大(一 13．3dB)，会导致泄漏现象 汉明窗的主瓣宽8*pi／N，旁瓣峰值低 (一42．7dB)，可 以有效的克服泄漏现象，具有更平滑的低通特性。因此在语音频谱分析时常 使用汉明窗，在计算短时能量和平均幅度 时通常用矩形窗。 3 1基于MATLAB的语音信号时域特征分析 语音信号是 种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。语音信号分析 的I1的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析 可以分为时域和变换域等处理方法，其中时域分析是最简单的方法，直接对语 音信号的时域波形进行分析，提取的特征参数主要有语音的短时能量，短时平 均过零率，短时自相关函数等 。 (1)短时平均过零率 过零率可以反映信号的频谱特性。当离散时间信号相邻两个样点的正负 号相异时，我们称之为 “过零”，即此 时信号的