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1、基于MATLAB的语音信号的基音周期检测摘要：MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。MATLAB将要性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而被广泛的应用于科学计算、控制系统和信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。MATLAB在信号与系统中的应用主要包括符号运算和数值计算仿真分析。由于信号与系统课程的许多内容都是基于公式演算，而MATLAB借助符号数学工具箱提供的符号运算功能，基本满足设计需要。例如：解微分方程、傅里叶正反变换、拉普拉斯正反变换和Z正反变换等。MATLAB在信号与系统中的另一主要应用是
2、数值计算与仿真分析，主要包括函数波形绘制、函数运算、冲击响应仿真分析、信号的时域分析、信号的频谱分析、系统的S域分析和零极点图绘制等内容。本次课程设计为语音信号的基音周期检测，采集语音信号，对语音信号进行处理，区分清音浊音，并通过对采样值进行滤波、分帧、求短时自相关函数，得到浊音的基音周期。关键字：清音、浊音、基音周期、基音检测、自相关函数目录1概述12AMDF算法原理及实现12.1AMDF算法源程序23ACF算法原理及实现43.1用短时平均能量进行清/浊音的判断43.2自相关函数基音检测的原理63.3算法实现及相关程序63.3.1带通滤波
3、73.3.2取样与分帧73.3.3短时能量分析83.3.4自相关函数分析114总结与心得体会13参考文献131概述基音周期检测也称为基频检测(PitchDetection),它的目标是找出和声带振动频率完全一致的基音周期变化轨迹曲线,或者是尽量相吻合的轨迹曲线。基音周期检测在语音信号的各个处理领域中,如语音分析与合成、有调语音的辨意、低速率语音压缩编码、说话人识别等都是至关重要的,它的准确性及实时性对系统起着非常关键的作用,影响着整个系统的性能。浊音信号的周期称为基音周期,它是声带振动频率的倒数,基音周期的估计称为基音检测。基音检测是语音处
4、理中的一项重要技术之一,它在有调语音的辨意、低速率语音编码、说话人识别等方面起着非常关键的作用;但在实现过程中,由于声门激励波形不是一个完全的周期脉冲串,而且声道的影响很难去除、基音周期的定位困难、背景噪声的强烈影响等一系列因素,基音检测面临着很大的困难。而自相关基因检测算法是一种基于语音时域分析理论的较好的算法。本文在对AMDF、ACF基音检测算法基本原理进行分析的基础上,对此算法进行了深入的探讨,针对以往研究中存在的问题加以改进,给出了一种方便、快捷的检测方案。综合考虑了检测准确度和检测速率两方面的因素,然后通过对一段具体的语音信号进行
5、处理,较准确地得到浊音语音信号的基音周期。2AMDF算法原理及实现语音信号{s(n))的短时平均幅度差函数(AMDF)定义为：其中，w(m)是窗函数，尺是信号的平均值，因为语音信号的浊音段具有周期性，假设基音周期为p，则在浊音段，在k=p，2p，3p…将出现谷点，谷点间的距离即为基音周期。与短时自相关函数一样，对周期性的浊音语音，也呈现与浊音语音周期相一致的周期特性，不过不同的是在周期的各个整数倍点上具有谷值特性而不是峰值特性，因而通过的计算同样可以确定基音周期。而对于清音信号，却没有这种周期特性。利用的这种特性，可以判定一段语音是浊音还是
6、清音，并估计出浊音语音的基音周期。由于计算函数只需要加、减和取绝对值运算，运算量较之短时自相关函数大大下降。同时，函数在基音周期点的谷值比自相关函数的峰值更加尖锐，因此错判率相对较小，稳健性更高。但是当语音信号的幅度快速变化时，函数的谷值深度会减小，从而影响基音估计的精度。2.1AMDF算法源程序AMDF波形图如图2-1所示。y=wavread(C:DocumentsandSettingsAdministrator桌面yejianglong'.wav');y1=b(3500:6000);N=320;%选择的窗长，加N=320的矩形窗
7、A=[];fork=1:320sum=0;form=1:Nsum=sum+abs(y1(m)-y1(m+k-1));%计算自相关endA(k)=sum;ends=y(3500:10000);figure(1)subplot(211)plot(s)xlabel('样点')ylabel('幅度')axis([0,2500,-1,1]);subplot(212)plot(A)xlabel('延时k')ylabel('AMDF')axis([0,400,0,200]);图2-1AMDF波形图由图2-1AMDF波形图可知：平均幅度差函数在基音周期处表
8、现为谷值，这些谷值之间的间隔的平均值就是所要求得的基音周期。输入语音帧的平均幅度差函数的最小值发生在第l点，其值为O，我们可以设置一定的门限，得到低于此门限的局部最低点(不包含第
