数字信号处理课程设计报告
课设题目：语音信号变声处理系统学院：信息与电气工程学院专业：电子信息工程
班级：1102502
*名：**
学号：*********
指导教师：周志权、赵占锋
哈尔滨工业大学（威海）
2015年1月5日
1.设计任务
电视台经常针对某些事件的知情者进行采访，为了保护知情者，经常改
变说话人的声音，请利用所学的知识，将其实现。
（1）自己录制一段正常的声音文件，或者通过菜单选择的方式选择一段正常声音文件；（2）能够播放该文件；
（3）对语音信号进行处理，要求处理后的语音信号基本不影响正常收听与理解；
（4）对处理参数能够通过matlab 界面进行调节，以对比不同处理效果；（5）能够对处理后的声音文件与原始声音文件的频谱进行观察、分析。
（6）编制GUI 用户界面。
2.课程设计原理及设计方案
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的。
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外一个声学参数——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。
在进行性别变声时，主要考虑基频和共振峰频率的变化。
当基频伸展，共振峰频率也同时伸展时，可由男声变成女声，女声变成童声；反之，基频收缩，共振峰频率也同时收缩时，则由童声变女声，女声变男声。
为了获得自然度、真实感较好的变声效果，基频和共振峰频率通常必须各自独立地伸缩变化
图1基频和共振峰频率分布的变化
共振峰频率的改变是基于重采样实现的，从重采样原理知道，这也同时引发了基频的变化，为保证基频变化和共振峰频率变化的独立、互不相关，
在基频移动时必须考虑抵消重采样带来的偏移，理论上只要基频检测足够精确，确实可以保证基频改变和共振峰频率改变间的互不相。
3.课程设计的步骤和结果
设计方案：1录入一段声音2用MATLAB做fft得到其频谱3做fft 频谱分析4搬移和改变基频、语速，实现变声
以下为各任务实现过程：
图2为用Matlab实现的GUI用户界面，通过“speech signal ”按钮选择语音信号类型，本课程设计共录制了三段语音信号，分别为两种不同频率的“语音信号处理”及“one two three”。
“draw”按钮用于绘制未变声的语音信号的频谱，“play sound”按钮用于播放录音，“slow play”“fast play”“low voice”“high voice”“echo”是语音处理过程。
图 2 GUI界面
图3—图8 为“语音信号处理”录音的频谱。
图 3 变声前语音信号的频谱图 4 慢声调语音信号频谱
图 5 快语调语音信号频谱
图4 为分别以6000Hz 和4096Hz进行采样得到的语音信号的频谱，图 5 以16384Hz进行采样得到的语音信号的频谱，通过两幅图对比可知改变采样频谱可以实现声音的改变。
图 6 降调语音信号的频谱
图7 升调语音信号的频谱
图6 图7 对原语音信号分别进行降调升调处理，由频谱图可知降调升调改变了声音。
图8 带有回声的语音信号频谱
图8 为带有回声的语音信号的频谱。
通过频谱图可以观察到低频处有较多干扰，即产生了回音。
图9—图14是语音信号频率参数改变后的频谱。
图9 变声前语音信号的频谱图10 慢声调语音信号频谱
图11 快声调语音信号频谱图12 降调后语音信号的频谱
图13 升调后的语音信号频谱
图14 有回声效果的语音信号的频谱
通过对比两种不同频率的语音信号，可知改变基频可以变声。
图15—
图20为“one two three”录音的频谱。
图15 原语音信号
图16 慢声调语音信号频谱
图17 快声调语音信号频谱图18 降调后语音信号频谱
图19 升调语音信号频谱
图20有回声效果语音信号频谱
4.课程设计总结
1、改变频谱可以实现变声；
2、改变基频可以变声；
3、共振峰与基频是变声的重点；
5.设计体会
1、巩固和加深了对数字信号处理的基本概念、基本原理、基本分析方法的理解；
2、提高了综合利用数字信号处理技术的能力，解决实际工程技术问题的能力；
3、通过课程设计，提高了查阅文献、资料，独立解决实际问题的能力。
通过课程设计，
综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用 MATLAB 作为编程工具进行计算机实现，从而加深对所学知识的理解
6.参考文献
[1]李明.一种基于数字信号处理的语音变声方法中国科学院声学研究所2005
[2]高西全,丁玉美. 数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社. 2008:75-86.
课程设计成绩评定表设计上机验收成绩表
课程设计总评分成绩表。