变声器设计方案.pdf

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1、精品文档MATLAB变声器的设计前言随着生活水平的提高，科技的不断进步，很多人为了娱乐，从而希望改变自己的声音；还有如今的许多的访问节目为了保护被访问者，都对声音进行了相应的处理。本设计通过编写 MATLAB程序，修改相关声音参数，使其频率发生相应的变化，在输出时达到变声。1 变声原理在进行性别变声时，主要考虑基音周期、基频和共振峰频率的变化。其中男生、女生和和童声的基频、共振峰的关系如图1 所示；基音周期改变时，基频、共振峰同时变化，若伸展既有男变女、女变童，反之亦可。本实验是基于男生录制的声音进行相关参数提取，修改接近于女声，实现男声到女声的变换。人群基频分布（Hz）50,180160,3

2、80400,1000共振峰频率分布偏低中偏高男声女声童声图 12 提取参数基于短时自相关法的基音周期估值进行自相关的计算，通过 MATLAB编程采用自相关算法可以实现基音周期的估值，即对语音信号进行低通滤波，然后进行自相关计算。在低通滤波时，采用巴特沃斯滤波器。2.1.1 构建巴特沃斯低通滤波器根据人的说话特征设定相应指标参数，对本段语音设计算出巴特沃斯模拟滤波器的阶数 N为 5，3dB 截止频率函数为其中，,算出0.175，归一化低通原型系统将将带人中，得到低通滤波器，根据设定的滤波器编写 MATLAB 程序，当信号经过低通滤波器后，对原始信号滤波产生结果如图 2 所示，低通滤波后，保留基音

3、频率，然后再用 2kHz 采样频率进行采样，采样序列为 x(n)，后进行下一步的自相关计算。.精品文档图 22.1.2 语音信号的短时自相关函数定义语音信号的自相关函数如下：其中 k 为信号延迟点数;为语音信号；N 为语音帧长度。经过低通滤波之后，取 160 个样点数，帧长取 10ms，对每帧语音求短时自相关，取得自相关最大点数，自相关函数在基音周期处表现为峰值，这些峰值点之间的间隔的平均值就是基音周期，从而估计出基音周期，但是由于图中存在野点，编写 MATLAB 程序除去野点算出对应基音周期如图 3 所示，设基音周期值为 PT，调动 PT，接近女声，设新的为 PT1；图 32.2 LPC 倒

4、谱法提取共振峰通过线性预测分析得到合成滤波器的系统函数为：H(z)=其中 h(n)为冲击响应，为预测系数。下面求 h(n)的倒谱(n),首先根据同态分析方法有小相位的，即在单位圆内是解析的，所以说，就是说，因为H(z)是最可以展开成级数形式，即的逆变换(n)是存在的，设(0)=0，将式两端同.精品文档时对求导，得到：有()()=，令式左右两边 Z 的各次幂前系数分别相等得到：在本实验中，取预测阶数为 10，语音的样点数为 160，按照上式可直接从预测系数求得倒谱，这个倒谱是根据线性预测模型得到，即称为 LPC 倒谱。编写 MATLAB 程序，实现如图 4 所示，谱的峰值基本上对应于共振峰频率，

5、用 GT表示共振峰；修改共振峰，使共振峰接近女声范围，新的为 GT1；图 43 线性预测语音信号的合成根据线性预测的基本思想，用过去 M 个样点值来预测现在或未来的样点值：为预测信号，为预测系数，y(n)为取样信号，预测误差:这样就可以通过在某个准则下使预测误差一组线性预测参数(i=1,2,，M)达到最小值的方法来决定唯一的.精品文档把语音信号的某一帧内的短时均方预测误差定义为：E为使 EE=E最小，对求偏导，并令其为零，有：)=0j=1,。,M与过去的样点值正交。由于语音信上式表明采用最佳预测系数时，预测误差号的短时平稳性，要分帧处理，对于每一个样点值记为 y(n),.,y(n+N-1),这段语音记为 Yn。对于语音段 Yn，并记关函数为：j=1,.,M根据 Yulewalker 方程，可以解出样值，用这种方法定期地改变激励参数 u(n)和预测系数，并使用修改过后的基因周期和共振峰参数，就能合成出语音，合成语音样本如下：S(n)=,对于语音段 Yn,它的自相为预测系数，G 为模型增益，u(n)为激励，合成样本s(n)，p 为预测器阶数；编写 MATLAB 程序，如下图：4 GUI 界面设计在 MATLAB 新建 GUI，添加各部件。打开一段男生录制的声音，进行仿真实验，效果如下图所示。.精品文档.