變聲器設計方案

1、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（ Hz）共振峰頻率分布

2、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，以實現(xiàn)基音周期的估值， 即對語音信號進行低通濾波，采用巴特沃斯濾波器。通過 MATLAB編程采用自相關算法可然后進行自相關計算。 在低通濾波時，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)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N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，當信號經過低通濾波器后，對原始信號濾波產生結果如圖 2 所示，低通濾

3、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，調動 PT，接近女聲，設新的為 PT1；圖 32.2

4、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：有 ()()=，令式左右兩邊Z 的各次冪前系數(shù)分別相等得到：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 MATLAB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

5、表示共振峰；修改共振峰，使共振峰接近女聲X圍，新的為 GT1；GT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一組線性預測參數(shù) (i=1,2,? ，M)達到最小值的方法來決定唯一的把語音信號的某一幀內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) Yulewalker 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(