基于Matlab的语音信号时域分析系统

　　1. 引言语音信号分析是一门新兴的涉及到很多领域的交叉学科［1，2］。伴随着通信技术的发展，语音采集和分析仪器的数字化、智能化、小型化和多功能化的发展越来越快，其分析速度也有了大幅度的提高［3］。但现在市场上的语音分析系统价格昂贵，且操作复杂，大多只能用于特定的测量分析项目［4~6］。基于上述不足，本文设计了一款基于 Matlab 的语音信号分析系统，能够方便地对语音信号进行时域分析，具有价格便宜、通用性强等优点。 2. 语音处理系统的设计 2.1. 语音信号的采集过程与预处理语音信号作为一维模拟信号，利用计算机来分析处理时，应先进行采样和量化，转换成数字信号。 Matlab 中提供了强大的数据采集工具箱，可满足控制声卡对数据进行采集的要求，通过如下方法可以驱动声卡来进行：一是将声卡作为对象处理采集语音信号；二是调用 Wavrecord 功能函数采集语音信号；三是运用 Audiorecorder 对象采集语音信号。在实际的语音信号处理时，为了减少信息的丢失，采样频率一般根据采样定理选取为 8 kHz~10 kHz。采样后的信号在幅度上仍然保持着连续的特点，所以要进行量化处理。量化的目的是将信号波形的幅度值离散化。作为短时平稳信号，语音信号在时域频域分析时，对数据要进行分帧加窗处理。一个好的窗函数的标准是：在时域因为是语音波形乘以窗函数，所以要减小时间窗两端的坡度，使窗口边缘两端不引起急剧变化而平滑过渡到零，这样可以使截出的语音波形缓慢降为零，减小语音帧的阶段效应；在频域要有较宽的 3 dB 带宽以及较小的边带最大值。另外一方面，不同人的基音周期变化很大，主要集中在 70 Hz~1000 Hz。所以窗一般选择在 10 ms~20 ms 之间。此外，为了避免在加窗时加入多余的高频信号，应该使用平滑窗，例如汉明窗。