變聲器設計方案復習過程

1、變聲器設計方案MATLAB 變聲器的設計前言 隨著生活水平的提高，科技的不斷進步，很多人為了娛樂，從而希望改變 自己的聲音；還有如今的許多的訪問節(jié)目為了保護被訪問者，都對聲音進行了 相應的處理。本設計通過編寫 MATLAB 程序，修改相關聲音參數(shù)，使其頻率 發(fā)生相應的變化，在輸出時達到變聲。1 變聲原理 在進行性別變聲時，主要考慮基音周期、基頻和共振峰頻率的變化。其中男 生、女生和和童聲的基頻、共振峰的關系如圖 1 所示；基音周期改變時，基 頻、共振峰同時變化，若伸展既有男變女、女變童，反之亦可。本實驗是基于 男生錄制的聲音進行相關參數(shù)提取，修改接近于女聲，實現(xiàn)男聲到女聲的變 換。人群基頻分布

2、 （Hz）共振峰頻率分布男聲50 , 180偏低女聲160 , 380中童聲400 , 1000偏高圖12 提取參數(shù)基于短時自相關法的基音周期估值進行自相關的計算，通過 MATLAB 編程采 用自相關算法可以實現(xiàn)基音周期的估值，即對語音信號進行低通濾波，然后進 行自相關計算。在低通濾波時，采用巴特沃斯濾波器。2.1.1 構建巴特沃斯低通濾波器根據(jù)人的說話特征設定相應指標參數(shù)，對本段語音設計算出巴特沃斯模擬濾波 器的階數(shù) N 為 5，3dB 截止頻率 , 算出0.175，歸一化低通原型系統(tǒng)函數(shù)為其中 ， ，將將 帶人 中，得到低通濾波器，根據(jù)設定的濾波器編寫 MATLAB程序，當信號經(jīng)過低通濾波

3、器后，對原始信號濾波產(chǎn)生結果如圖 2 所示，低通濾波后，保留基音頻率，然后再用 2kHz采樣頻率 進行采樣，采樣序列為 x(n) ，后進行下一步的自相關計算。圖22.1.2 語音信號的短時自相關函數(shù)定義語音信號的自相關函數(shù)如下：其中 k 為信號延遲點數(shù) ;為語音信號； N為語音幀長度。經(jīng)過低通濾波之后，取 160 個樣點數(shù)，幀長取 10ms，對每幀語音求短時自相關，取得自相關最 大點數(shù)，自相關函數(shù)在基音周期處表現(xiàn)為峰值，這些峰值點之間的間隔的平均 值就是基音周期，從而估計出基音周期，但是由于圖中存在野點，編寫 MATLAB 程序除去野點算出對應基音周期如圖 3 所示，設基音周期值為 PT，調(diào)動

4、 PT，接 近女 聲，設新的為 PT1；圖32.2 LPC 倒譜法提取共振峰 通過線性預測分析得到合成濾波器的系統(tǒng)函數(shù)為：H(z)=其中 h(n)為沖擊響應， 為預測系數(shù)。下面求 h(n)的倒譜 (n),首先根據(jù)同態(tài)分析方法有，因為 H(z)是最小相位的，即在單位圓內(nèi)是解析的，所以說 可以展開成級數(shù)形式，即，就是說 的逆變換 (n)是存在的，設 (0)=0，將式兩端 同時對 求導，得到：前系數(shù)分別相等得到：，令式左右兩邊 Z 的各次冪在本實驗中，取預測階數(shù)為 10，語音的樣點數(shù)為 160，按照上式可直接從預測 系數(shù) 求得倒譜，這個倒譜是根據(jù)線性預測模型得到，即稱為 LPC 倒譜。編寫 MATL

5、AB 程序，實現(xiàn)如圖 4 所示，譜的峰值基本上對應于共振峰頻 率，用 GT 表示共振峰；修改共振峰，使共振峰接近女聲范圍，新的為 GT1；圖43 線性預測語音信號的合成根據(jù)線性預測的基本思想，用過去 M 個樣點值來預測現(xiàn)在或未來的樣點值：為預測信號， 為預測系數(shù)， y(n)為取樣信號，預測誤差:這樣就可以通過在某個準則下使預測誤差 達到最小值的方法來決定唯一的 一組線性預測參數(shù) (i=1,2,? ，M) 把語音信號的某一幀內(nèi)的短時均方預測誤差定義為：E =E 為使 E 最小，對 求偏導，并令其為零，有：E )=0j=1, 。 ,M上式表明采用最佳預測系數(shù)時，預測誤差 與過去的樣點值正交。由于語音 信號的短時平穩(wěn)性，要分幀處理，對于每一個樣點值記為 y(n),. . .,y(n+N-1), 這 段語音記為 Yn 。對于語音段 Yn，并記, 對于語音段 Yn,它的自相關函數(shù)為：j=1, . . .,M根據(jù) Yule walker 方程，可以解出樣值，用這種方法定期地改變激勵參數(shù) u(n) 和預測系數(shù) ，并使用修改過后的基因周期和共振峰參數(shù)，就能合成出語音， 合成語音樣本如下：S(n)=為預測系數(shù)， G 為模型增益， u(n)為激勵，合成樣本 s