新工科背景下语音信号处理虚拟仿真实验平台设计

来源：职称驿站所属分类：信息管理论文
发布时间：2019-11-19浏览：43次

　　摘要：针对“新工科”对学生的工程应用能力和综合素质提出更高要求的背景下，开发了基于Matlab GUI的语音信号处理虚拟仿真实验平台。该平台可实时录制本人语音信号，并可根据男女声分别进行时域处理、频域处理，声音特殊效果的处理等，通过对比男女声的时频特征，及滤波处理和变声处理的前后变化，加深学生对语音信号处理的体验，提升工程意识和思维能力。

　　关键词：MATLAB;语音信号处理;新工科;实验平台

　　中图分类号：TP75 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2019)29-0263-02

电讯技术

　　《电讯技术》目前设有研究与开发、基金项目论文、专题述评等栏目，集学术研究与技术交流于一体，是广大工程技术人员和产品开发人员相互交流的平台，是他们与元器件(仪器和设备)供应商相互沟通的桥梁，是具有导向性的权威刊物。

　　0 引言

　　新工科建设是基于国家战略发展的新需求、国际竞争的新形势提出的高等教育改革的新方向[1-2]。随着科技的发展，除了人与人的沟通，人机对话和智能领域也开始使用语言进行交互。因此，语音信号处理是目前发展迅速的热门研究领域。本文以语音为研究对象，采用Matlab GUI设计和开发了语音信号虚拟仿真实验平台。本实验平台学生可录制本人语音信号，并可根据自己是男生和女生，对自己的声音进行时域处理、频域处理，声音特殊效果的处理等，可对比男女声的时频特征，及滤波处理和变声处理的前后变化等。学生参与实验中，可激发学生的学习兴趣，加深学生对语音信号处理的体验，提升工程意识和综合应用能力[3]。

　　1 实验仿真平台的总体设计

　　该语音信号处理仿真实验平台采用Matlab的图形用户界面设计可视化的主界面，在主界面中，将每个功能设计成“按钮”控件来完成，单击按钮，调用相应的回调函数，弹出新的图形窗口，在该窗口中实现具体的语音处理功能。总体框架如图1所示。实验平台主界面如图2所示。

　　2 仿真实验

　　2.1 录音及播放

　　实验平台使用电脑的声卡设备采集声音信号并保存为*.wav格式[4];单击主界面的“录音与播放”按钮，在弹出界面中可实现录制及播放，可通过文本框控制录制的时间，并绘制时域波形和频谱图，如图3所示。

　　2.2 男女声语音处理实验

　　单击主界面中的“调幅”、“回声”按钮，可对男女声分别进行调整振幅、和设置回声效果，并绘制波形图和频谱图，便于对比男女声的特征。界面如图4、图5所示。

　　2.3 语音特效处理实验

　　单击主界面中的“变声”、“调速”、“倒放”等按钮，可实现对声音信号的处理。如变声实验可实现对导入的音频信号进行“大叔”“萝莉”“搞怪”三种变声处理，如图6所示。

　　倒放实验可对原始声音信号进行倒放并且自动绘制倒放后信号的波形图和频谱图，同时播放倒放后的声音信号，如图7所示。

　　2.4 语音滤波处理实验

　　语音滤波处理实验可对含噪语音信号进行低通高通滤波处理，截止频率可调，并可通过输入“音量级数”补偿滤波后语音信号能量的损失。滤波界面如图8所示。