基于labview的變聲器設(shè)計(jì)

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1、基于LabVIEW的變聲器設(shè)計(jì)摘要：數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在語(yǔ)音信號(hào)的處理中具有十分重要的意義，是語(yǔ)音變換的處理方法之一?；谠谡Z(yǔ)音變換時(shí)的技術(shù)要求，本文介紹了一種在基音同步疊加（PSOLA）算法的前提下，結(jié)合重采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音變調(diào)不變速的方法，在分析變換理論及具體算法的基礎(chǔ)上，利用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的多種頻率變換以及男∕女聲變換。關(guān)鍵詞：基音同步疊加（PSOLA）算法;重采樣;頻譜搬移;語(yǔ)音轉(zhuǎn)換LabVIEW-basedvariablesounddesignAbstract:Digitalsignalprocessingtechnology

2、isofgreatsignificanceinspeechsignalprocessing,isoneoftheprocessingmethodofvoicetransformation.Basedonthetechnicalrequirementsinthevoicechange,thispaperdescribesasynchronousoverlapinpitch(PSOLA)algorithmpremiseresamplingtechniquecombiningvoicetonedoesnotshiftmethod,basedonthe

3、analysisofspecificalgorithmstransformtheoryandontheuseofLabVIEWprogrammingavarietyofvoicefrequencyconversionandmale/femaletransformation.Keyword:PSOLA;resampling;spectrumshifting;Voiceconversion0引言在音頻信號(hào)處理中，將源說(shuō)話人語(yǔ)音中的個(gè)性特征轉(zhuǎn)換成目標(biāo)說(shuō)話人語(yǔ)音的個(gè)性特征的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)，稱為語(yǔ)音變換技術(shù)。人的語(yǔ)音說(shuō)話特征分為音段特性與超音段特性以及

4、語(yǔ)言特性，音段特征包括譜包絡(luò)，譜激勵(lì)；超音段特性包括基頻，時(shí)長(zhǎng)，幅度[1]。近幾年來(lái)，語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)在實(shí)用化方面取得了很多突破性進(jìn)展，例如，隨著在對(duì)聲學(xué)語(yǔ)音學(xué)統(tǒng)計(jì)模型的深入研究，像語(yǔ)音識(shí)別，基于語(yǔ)音段的建模方法等逐漸成為研究熱點(diǎn)。在語(yǔ)音合成方面，基于基音同步疊加(PSOLA)算法的波形編輯和拼接技術(shù)得到廣泛應(yīng)用[2]，PSOLA算法的優(yōu)勢(shì)在于能在不改變語(yǔ)音音段的音質(zhì)的基礎(chǔ)上，能改變體現(xiàn)語(yǔ)音自然度的韻律特征的變化，進(jìn)而獲得更高的清晰度。語(yǔ)音技術(shù)的研究難在語(yǔ)音合成，基音同步疊加（PSOLA）就是最具有代表性的一種方法，它既能保持語(yǔ)音的音段特性，又

5、能在拼接時(shí)調(diào)整它的基頻，強(qiáng)度和時(shí)長(zhǎng)等超音段特性。本設(shè)計(jì)通過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)一個(gè)變聲儀器，利用PSOLA算法與重采樣技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)音頻的變調(diào)不變速，以及多種頻段變調(diào)。1變聲原理變聲即實(shí)現(xiàn)音頻的變調(diào)，進(jìn)行頻譜搬移，改變音頻的頻率[3]。為了實(shí)現(xiàn)變調(diào)不變速，可以先對(duì)信號(hào)進(jìn)行變速不變調(diào)處理，再進(jìn)行重采樣，由于重采樣能夠同時(shí)改變語(yǔ)音的語(yǔ)速和音調(diào)，只要變調(diào)因子取值合適，就能使語(yǔ)速恢復(fù)正常，只有音調(diào)改變，即達(dá)到變調(diào)不變速的目的。為此，變聲的首要過(guò)程就是對(duì)信號(hào)的變速不變調(diào)的處理。要實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的變速不變調(diào)有兩種方法：一個(gè)是，用窗口函數(shù)截取語(yǔ)音信號(hào)樣本，用傅里葉變

6、換將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域，然后將信號(hào)的頻率往低頻段壓縮，再用傅里葉反變換從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域，最后進(jìn)行重采樣（主要是抽點(diǎn)），就可達(dá)到語(yǔ)音的變速不變調(diào)目的；另一個(gè)是，用傅里葉變換實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音的壓擴(kuò)，即用傅里葉變換處理語(yǔ)音信號(hào)得到對(duì)應(yīng)的頻譜分布，然后利用頻譜變換函數(shù)處理這個(gè)頻譜分布，得到變換頻譜，最后利用傅立葉反變換將信號(hào)從頻域轉(zhuǎn)換到時(shí)域，就能得到變速不變調(diào)的語(yǔ)音。本設(shè)計(jì)就是利用第二個(gè)方法最終實(shí)現(xiàn)變聲目的。實(shí)現(xiàn)變聲的流程框圖如圖1所示:語(yǔ)音信號(hào)X(n)傅里葉變換頻譜分布頻譜變換函數(shù)處理處理后的頻譜傅立葉逆變換變速后的信號(hào)重采樣變聲語(yǔ)音信號(hào)圖1變聲流程圖2基音

7、同步疊加（PSOLA）算法PSOLA算法是利用短時(shí)傅里葉變換重構(gòu)信號(hào)的疊接相加法，分為三個(gè)部分：基音同步分析，基音同步修改和基音同步合成[4]。2.1基音同步分析設(shè)采集的音頻信號(hào)為，選擇合適的時(shí)窗分析窗口對(duì)原始合成單元做加窗處理，得到一組短時(shí)信號(hào)(1)式(1)中，為基音標(biāo)注點(diǎn)，一般采用Hamming窗，窗長(zhǎng)大于原始信號(hào)的一個(gè)基音周期，因此窗間有重疊，窗長(zhǎng)一般取原始信號(hào)基音周期的2~4倍，于是有，(2)式(2)中，為歸一化窗長(zhǎng)，為窗覆蓋基音周期數(shù)的比例系數(shù)，為基音周期。通常情況下，取，能夠使合成簡(jiǎn)化。若要提高基頻，令取為原始分析基音周期；若要降低

8、基頻，令取為合成基音周期，這樣能夠使得合成簡(jiǎn)化。2.2基音同步修改基音同步修改分為兩個(gè)方向，一個(gè)是在頻域內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行音高的修改，另一個(gè)是在時(shí)域內(nèi)對(duì)原始