《数字语音处理实验》指导书——中国地质大学 机械与电子工程学院 电信教研室 编制 2005年
《数字语音处理》
实验指导书
学校：中国地质大学
院系：机械与电子工程学院
专业：电子信息工程
编制：电信教研室
版本：2005
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《数字语音处理实验》指导书——中国地质大学 机械与电子工程学院 电信教研室 编制 2005年
目录
前言
单元1 MATLAB练习
单元2 综合分析实验
附录1 MATLAB软件简介
附录2 MATLAB基本使用方法
附录3 wavread函数
附录4 specgram函数
参考文献
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《数字语音处理实验》指导书——中国地质大学 机械与电子工程学院 电信教研室 编制 2005年
单元1 MATLAB练习
实验目的
了解信号谱分析特点，掌握各种窗函数功率谱的异同及其对短时信号谱分析的作用。 明确短时傅立叶变换与声谱图的关系，理解其对语音信号的时频分析作用。 学习音频文件的基本操作方法。
学习用MATLAB实现基本的语音信号处理，提高自学和动手能力，培养学习兴趣。
实验原理
1、 离散频谱、幅度谱和功率谱
离散频谱是信号序列的离散傅立叶变换，常用快速傅立叶变换（FFT）计算。离散频谱描述的是信号在频率采样点上的幅度和相位值，包括幅度-频率关系和相位—频率关系，幅度谱就是前者。功率谱是幅度平方—频率关系。
由于语音的对数听觉效应，幅度谱和功率谱常用对数形式表达，单位为分贝。对数幅度谱=10lg幅度谱，对数功率谱=10lg幅度谱2=20 lg幅度谱。由此可见，对数幅度谱与对数功率谱在谱形上是相似的，只不过谱的幅度方向相差一倍。
对于窗序列的离散频谱、幅度谱和功率谱，结论也是类似的。
2、 短时傅立叶变换和声谱图
短时傅立叶变换的实质，是在时间和频率上同时对信号序列进行分解，使得信号被分解成若干个时段和频段上的分量（即分信号）。根据微分原理，若每个时段和频段都很小，对具体某个时段和频段上的分信号进行抽样，无论具体的抽样时点和频点如何选取，抽样值都不会有大的差异，因而一个分信号可以仅用一个该分信号的抽样值来表示。
短时傅立叶变换的值X(n, k)实际上就是n时段和k频段上信号分量的幅度和相位抽样，这个抽样值大体代表了n时段和k频段上信号分量的幅度范围和相位范围。n和k的含义见下表。
表1 数字参数与模拟参数的对应关系
数字时间 模拟时间（s） 数字频率 模拟频率（HZ） n t = n/fs K f=k·fs/L 注：L—窗序列长度 fs—信号采样频率
应用在语音处理方面，声谱图就是语音信号的短时傅立叶变换，其图形化显示往往只表示各个时段和频段上的分信号幅度抽样值。
3、WAVE文件的基本操作
WAVE是Windows操作系统支持的一种标准的数字波形音频文件格式。通常我们用麦克风和Windows 录音机采集到计算中的声音就是WAVE格式的，WAVE文件后缀为.wav，多采用PCM格式或ADPCM格式，支持单声道或多声道数字音频数据采集和回放。
与MP3等其它格式相比，WAVE格式尽管压缩比不好，却非常直观（除文件头外，实际上就是所有通道的采样数据按时间顺序交错排列），适合于数据量不大的音频录放（例如Windows提示音）。因此，对WAVE文件进行读取、保存、剪辑、播放等基本操作相对容易些。软件基础较好，有志于开发自己的音频应用的读者可到网上下载WAVE等文件的存储格式。
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《数字语音处理实验》指导书——中国地质大学 机械与电子工程学院 电信教研室 编制 2005年
实验器材
多媒体计算机
预装Windows 98/2000/XP操作系统 预装MATLAB6.5软件
预装“数字语言处理实验”软件包 自带移动存储
实验内容
1、输入并运行以下MATLAB代码： %（1）信号波形和对数功率谱示例
% 波形：100样点，抽样频率Fs=8kHz，信号频率f=2kHz x=sin(2*pi*(0:99)*2000/8000);
% 频谱：是波形的快速傅立叶变换 X=fft(x);
% 对数功率谱：功率谱取10lg或幅度谱取20lg P=20*log10(abs(X));
% 绘制波形和对数功率谱（注意观察25和75处的尖峰） figure(1); plot(x);
title('信号的波形'); figure(2); plot(P);
title('信号的对数功率谱');
%（2）窗函数的对数幅度谱示例 % 避免对0取对数 floor=0.1;
% 图1：矩形窗
W_rec=10*log10(abs(fft(boxcar(512),1024))+floor); figure(1);
plot(W_rec(1:end/2));
title('矩形窗的对数幅度谱'); % 图2：海明窗
W_hamming=10*log10(abs(fft(hamming(512),1024))+floor); figure(2);
plot(W_hamming(1:end/2)); title('海明窗的对数幅度谱'); % 图3：汉宁窗
W_hanning=10*log10(abs(fft(hanning(512),1024))+floor); figure(3);
plot(W_hanning(1:end/2)); title('汉宁窗的对数幅度谱');
2、编程绘制以下窗序列的对数幅度谱： （1）指数窗
（2）矩形窗
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