男女声音信号的转换.docx
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题目4：
男生女生声音信号的转换
（1）采集wav格式的男女生语音信号。
（2）对所采集的男女生信号进行频谱分析，比较男女生频谱的特点。
（3）实现男生女生声音信号的转换。
【知识点】
连续非周期信号的频谱，离散非周期信号的频谱，时域抽样，频域抽样
【温馨提示】
可以根据傅里叶变换公式，利用数值积分计算；也可以利用MATLAB提供的函数fft
计算。
【男生女生声音信号转换的方法】
（1）更改基频。
不同人的基频不同统计如下：
正常成年男声：
0~200Hz；正常成年女
声：
200~450Hz；小孩声音的基频要比女声的高，老年人的基频要比男声的低。
经
过整理统计可知女声基频=男声基频*1.5。
本程序使用的是通过抽样与插值的方式
来达到基频的改变。
以女变男为例：
用整数D对语音信号X（n）进行抽取Xd=X
（Dn）；然后将X（n）的抽样频率提高到I（整数）倍，即为对X（n）的插值。
（2）时长规整通过抽样插值来改变基频也使播放速度，播放时间发生改变，
因此通过时长规整的方式来使播放速度和时间恢复到原来。
本程序使
用的是用重叠叠加算法来达到时长规整。
重叠叠加算法原理：
它分为
两个阶段——分解和合成将原始信号以帧长N，帧间距sa进行分解，
然后以帧间距ss进行合成。
sa与ss的的比值决定了时长规整因子
F=sa/ss。
【仿真程序】
（2）[x,fs,bits]=wavread（'a.wav'）
x=x（:
1）;
sigLength=length（x）
t=（0:
sigLength-1）/fs;;
y=fft（x）;
y=fftshift（y）;
plot（t,y）
xlabel（'Time（s）'）;
sound（x,fs）
[x,fs,bits]=wavread（'b.wav'）
x=x（:
1）;
sigLength=length（x）
t=（0:
sigLength-1）/fs;;
y=fft（x）;
y=fftshift（y）;
plot（t,y）
xlabel（'Time（s）'）;
sound（x,fs）
其中，a为女生音频，b为男生音频。
（3）女变男：
functionY=voical（x）
[x,fs,bits]=wavread（'a.wav'）
d=resample（x,3,2）
W=400;
Wov=W/2;
Kmax=2*W;
Wsim=Wov;
xdecim=8;
kdecim=2;
X=d';
F=1.5;
Ss=W-Wov;
xpts=size（X,2）;
ypts=round（xpts/F）;
Y=zeros（1,ypts）;
xfwin=（1:
Wov）/（Wov+1）;
ovix=（1-Wov）:
0;
newix=1:
（W-Wov）;
simix=（1:
xdecim:
Wsim）-Wsim;
padX=[zeros（1,Wsim）,X,zeros（1,Kmax+W-Wov）];
Y（1:
Wsim）=X（1:
Wsim）;
xabs=0;
lastxpos=0;
km=0;
forypos=Wsim:
Ss:
（ypts-W）;
xpos=F*ypos;
kmpred=km+（xpos-lastxpos）;
lastxpos=xpos;
if（kmpred<=Kmax）
km=kmpred;
else
ysim=Y（ypos+simix）;
rxy=zeros（1,Kmax+1）;
rxx=zeros（1,Kmax+1）;
Kmin=0;
fork=Kmin:
kdecim:
Kmax
xsim=padX（Wsim+xpos+k+simix）;
rxx（k+1）=norm（xsim）;
rxy=（ysim*xsim'）;
end
Rxy=（rxx~=0）.*rxy./（rxx+（rxx==0））;
km=min（find（Rxy==max（Rxy））-1）;
end
xabs=xpos+km;
Y（ypos+ovix）=（（1-xfwin）.*Y（ypos+ovix））+（xfwin.*padX（Wsim+xabs+ovix））;
Y（ypos+newix）=padX（Wsim+xabs+newix）;
end
x=x（:
1）;
sigLength=length（x）
t=（0:
sigLength-1）/fs;
figure;
I_fft=fftshift（fft（Y））;
f=linspace（0,10,length（Y））;
plot（f,I_fft）
sound（10*Y,fs）
end
男变女：
functionY=voical（x）
[x,fs,bits]=wavread（'b.wav'）
d=resample（x,33,50）
W=400;
Wov=W/2;
Kmax=1*W;
Wsim=Wov;
xdecim=8;
kdecim=2;
X=d';
F=0.66;
Ss=W-Wov;
xpts=size（X,2）;
ypts=round（xpts/F）;
Y=zeros（1,ypts）;
xfwin=（1:
Wov）/（Wov+1）;
ovix=（1-Wov）:
0;
newix=1:
（W-Wov）;
simix=（1:
xdecim:
Wsim）-Wsim;
padX=[zeros（1,Wsim）,X,zeros（1,Kmax+W-Wov）];
Y（1:
Wsim）=X（1:
Wsim）;
xabs=1;
lastxpos=1;
km=0;
forypos=Wsim:
Ss:
（ypts-W）;
xpos=F*ypos;
kmpred=km+（xpos-lastxpos）;
lastxpos=xpos;
if（kmpred<=Kmax）
km=kmpred;
else
ysim=Y（ypos+simix）;
rxy=zeros（1,Kmax+1）;
rxx=zeros（1,Kmax+1）;
Kmin=0;
fork=Kmin:
kdecim:
Kmax
xsim=padX（Wsim+xpos+k+simix）;
rxx（k+1）=norm（xsim）;
rxy=（ysim*xsim'）;
end
Rxy=（rxx~=0）.*rxy./（rxx+（rxx==0））;
km=min（find（Rxy==max（Rxy））-1）;
end
xabs=xpos+km;
Y（ypos+ovix）=（（1-xfwin）.*Y（ypos+ovix））+（xfwin.*padX（Wsim+xabs+ovix））;
Y（ypos+newix）=padX（Wsim+xabs+newix）;
end
x=x（:
1）;
sigLength=length（x）
t=（0:
sigLength-1）/fs;
figure;
I_fft=fftshift（fft（Y））;
f=linspace（0,10,length（Y））;
plot（f,I_fft）
sound（5*Y,fs）
end
【仿真结果】
（2）
（3）
【结果分析】
男声频谱高于女声频谱。
【自主学习内容】
基频改变方法，频谱线性插值的实现，时间长度的归整。
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