标准傅里叶变换不 能用 来直接表示语音信号，而 应该用短时傅里叶变换对
添 加 标 题
把和时序相关的傅里叶分析的显 示图形称为语谱图。语谱图 是一 种三维频谱，它是表示语音频谱
语音信号 的频谱进行分
析，相应的频谱称为“短 时谱”。
随时间变化的图形，其纵轴 为频
率，横轴为时间，任一给定频率 成分在给定时刻的强弱用相 应点 的灰度或色调的浓谈来表示。
升采样率（整数倍内插）的实现原 理，时域和频域的变化情况
TITLE TITLE
升采样率是指通过在对原离散信号的两个连续 样本间插入L-1个等距的样本值（不一定为零）， 亦即抽样因子为L的上抽样。上抽样后的序列长 度为原来的L倍。
THANK YOU
——王少丹
1928
美国电信工程师H. 奈奎斯特推出采样 定理，因此称为奈 奎斯特采样定理。
1948
1924
1933
பைடு நூலகம்
信息论的创始人C.E.香农对这 一定理加以明确地说明并正式 作为定理引用，因此在许多文 献中又称为香农采样定理。采 样定理有许多表述形式，但最 基本的表述方式是时域采样定 理和频域采样定理。
采样定理
基本原理
人群 男声 女声 童声
基频分布 [50,180] [160,380] [400,1000]
共振峰频率分布 偏低 中 偏高
信号变声器的实现
进行频谱分析
2 1 3
进行滤波处理
4 5
语音信号恢复
6
语音信号读入
实现快慢放频率
改变基频变声
实现步骤
• • • • • • • • •
语音信号的录制与读入； 语音信号的频谱分析； 实现慢录快放和快录慢放功能； 设计数字滤波器和画出其频率响应； 用滤波器对信号进行滤波； 比较滤波器前后语音信号的波形及频谱； 通过搬移、改变基波频率实现变声； 语音信号恢复； 在 MATLAB 下绘制出各个部分的输出波 形，前后对比。
这种方法直接利用语音信号的 时域波形。 语音信号的时域参数有短时能量、短时
过零率、短时 白相关函数和短时平均幅
域波 形。语音信号本身就是时域信号，
时 域
度差函数等，这是语音信号的一组最基 本的短时参数，在各种语音信号数字处 理技术中都要应用。
频域
语谱图
语音信号的频域分析就 是分析语音信号的频域 特征。因为语音波是一 个非平稳过 程，因此适 用于周期、瞬变或平稳 随机信号的
3
02
语音信号的特点及采样
语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行 处理 的新兴的学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。 通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最 方便的交换信息形式。
语音信号的特点
语音信号具有“短时性”的特 点，即在总体上， 语音信号的 特征是随着时间而变化的，但 在一段较短的时间间隔内 语音信号的频谱分量主要集 中在300．3400Hz的范 围内。 利用这个特点，可以用一个 防混迭的带通滤波器
在将语音信号进行数字化前， 必须先进行防混叠预滤波， 预 滤波的目的有两个
03
语音信号分析
语音信号分析技术 贯穿于语音分析全过程的是“短时分析 技术”。根据所分析 出的参数的性质的不同，可将语音信 号分析分为时域分析、频域 分析、倒领域分析等。
语音信号分析
语音信号的时域分析就是分析和提取语 音信号的时域参数。 进行语音分析时， 最先接触到并且也是最直观的是它的时
时
域
语音信号保持平稳。在浊音段 表现出周期信号的特征，在清 音段表现出随机噪声的特征。 将此范围内的语音信号频率分 量取出，然后按8kHz的采样 率对语音信号进行采样，就可 以得到离散的语音信号。
频
域
语音信号的采集 (1)抑制输入信号各领域分量中频率超出 fs ／2的所有分量，以防止混叠干扰。
(2)抑制50Hz的电源工频干 扰。为了将原始模拟 语音信号变为数字信号，必须经过采样和量 化两 个步骤，从而得到时间和幅度上均为离散的数字 语音信号。 采样时必须要注意满足奈奎斯特定理。 语音信号经过预滤波和采 样后，由A／D变换器 变换为二址制数字码。这种防混叠滤波通常与模 数转换器做在一个集成块内。因此目前来说，语 音信号的数 字化的质量还是有保证的。
实 骤 现
步
05
语音信号变采样
采样过程所应遵循的规律，又称取样定理、抽样定理。采 样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号 离散化的基本依据。
变采样率的数字信号处理
降采样率（整数倍抽取）的实现原 理，时域和频域的变化情况
TITLE TITLE
降采样率是指每次抽样保留输入序列中的M个 样本，而除去中间的M-1个样本。在降采样率 时，会发生混叠现象，为避免混叠，信号需通 过一个低通滤波器。
04
信号处理过程
一、模拟信号的数字化（即AD转换）二、对已经数字化的信源信号进 行加密，防止被第三者识别。三、对加密后的信号进行信道编码，以 保证一定的可靠性（例如加纠错编码等）。四、数字调制，就是把基 带信号的频谱搬移到高频处，以使之适合信道中的传输。
基本原理
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。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。
01
采样定理
采样过程所应遵循的规律，又称取样定理、抽样定理。采 样定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号 离散化的基本依据。
采样定理
奈奎斯特(Nyquist) 推导出在理想低通 信道的最高码元传 输速率的公式 由苏联工程师科捷利尼 科夫首次用公式严格地 表述这一定理，因此在 苏联文献中称为科捷利 尼科夫采样定理。
语音信号的采集
信号处理过程
语音信号的特点
采样定理
语音信号变采样
语音信号的分析
语音信号的采集
信号处理过程
语音信号的特点
采样定理
语音信号变采样
语音信号的分析
语音信号 语音信号 语音信号
语音信号处理
语音信号处理
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采样定理
语音信号的特点及采样
语音信号的分析 信号处理过程
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定理说明 1
定理分类
在进行模拟/数字信号的转换过 程中，当采样频率fs.max大于信 号中最高频率fmax的2倍时 (fs.max>2fmax)，采样之后的数字 信号完整地保留了原始信号中的 信息，一般实际应用中保证采样 频率为信号最高频率的5～10倍； 采样定理又称奈奎斯特定理。
1.时域：频带为F的连续信号f(t) 可用一系列离散的采样值 f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表 示,只要这些采样点的时间间隔 Δt≤1/(2F)，便可根据各采样值 完全恢复原来的信号f(t)。 2.频域：对于时间上受限制的连 续信号f(t)（即当│t│>T时,f(t)=0, 这里T=T2-T1是信号的持续时 间），若其频谱为F（ω）,则可在 频域上用一系列离散的采样值 来 表示,只要这些采样点的频率间隔 ω≦π / tm 。