基于MATLAB的皮膚聽聲器系統(tǒng)的研究
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3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在MATLAB主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項(xiàng)，再選擇其中的GUI命令，就會(huì)顯示圖形用戶界面的設(shè)計(jì)模板。本文系統(tǒng)主要包含3個(gè)功能：語音采集、語音處理和和語音辨析。
3．1 采集模塊
系統(tǒng)將通過電腦麥克風(fēng)進(jìn)行錄音。MATLAB中用y=wavrecord(n，fs，ch，dtype)來完成錄音，式中n為采樣的點(diǎn)數(shù)。決定了錄音長(zhǎng)度；fs為采樣頻率，默認(rèn)值為11 025 Hz，還可根據(jù)要求自己選擇合適的采樣率；ch為聲道數(shù)，默認(rèn)值為1，表示單聲道，如果指定為2，則采樣為雙聲道立體聲數(shù)據(jù)；dtype為采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，用字符串指定，可以是‘double’、‘single’、‘int16’、‘int8’，指定存儲(chǔ)格式的同時(shí)也就規(guī)定了每個(gè)采樣值量化的精度，int8對(duì)應(yīng)8位精度采樣，其他都是16位采樣精度。
錄音完成后，系統(tǒng)將把上面錄制的語音信號(hào)保存成WAVE文件。在此用函數(shù)wavwrite來完成。
最后將播放前面的語音WAVE文件，并生成其波形圖和語譜圖，為后續(xù)處理提高依據(jù)。
3．2 處理模塊
系統(tǒng)將對(duì)前面錄制的語音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理工作，包括：對(duì)語音信號(hào)去噪、預(yù)加重和端點(diǎn)檢測(cè)處理。去除噪聲就是盡量去除語音信號(hào)中無用信息(噪聲)，而保留其中的有用信息(語音)。預(yù)加重的目的是提升高頻部分，使信號(hào)的頻譜變得平坦，以便于進(jìn)行頻譜分析或聲道參數(shù)分析。語音的端點(diǎn)檢測(cè)就是確定語音的起點(diǎn)和終點(diǎn)，從語音信號(hào)中排除無聲段，為后續(xù)處理工作提供操作對(duì)象。
然后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波處理。濾波器是對(duì)輸入信號(hào)的頻率具有選擇性的一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率次(通常是某個(gè)頻率范圍)的信號(hào)通過，而其他頻率的信號(hào)幅值均要受到衰減，從而將不同的頻率的語音信號(hào)分離開，使得皮膚能夠更好的感應(yīng)語音信號(hào)。小波包變換將頻帶進(jìn)行多層次劃分，并能夠根據(jù)被分析信號(hào)的特征自適應(yīng)地選擇相應(yīng)的頻帶，使之與信號(hào)頻譜相匹配，從而提高了時(shí)一頻分辨率。利用小波包的此特點(diǎn)，本文將語音信號(hào)用濾波器分成16個(gè)頻率段，每個(gè)頻率段為一個(gè)語音通道，每個(gè)通道連接一個(gè)電極片分別與皮膚接觸。語音頻率范圍劃分如表1所示。
最后，點(diǎn)擊“特征提取”按鈕提取語音信號(hào)的特征參數(shù)。計(jì)算上面每個(gè)頻率段的信號(hào)能量值，再將16個(gè)能量值作為分向量結(jié)合在一起構(gòu)成一個(gè)特征向量，將其作為語音信號(hào)的特征參數(shù)。能量值反映每個(gè)頻率段內(nèi)語音信號(hào)所攜帶的語音能量，能夠表征該段語音，因此可以作為特征參數(shù)。并且，每個(gè)語音信號(hào)的特征參數(shù)將在最下面的窗口中輸出來。
3．3 辨析模塊
首先，建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。該數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)語音信號(hào)的特征參數(shù)，以SOL Server2003來建庫(kù)。
然后，進(jìn)行模式匹配。建好數(shù)據(jù)庫(kù)后，對(duì)新的語音信號(hào)提取特征參數(shù)后，將其特征參數(shù)與庫(kù)中數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，如果找到相似度最接近的模板，則該模板就是待辨析的語音，并在下面窗口中輸出語音信號(hào)；否則，將新信號(hào)的特征參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以豐富庫(kù)中數(shù)據(jù)，并輸出“庫(kù)中無此語音!”。
最后，輸出辨析結(jié)果。本文引用地址：http://2s4d.com/article/194737.htm
4 特點(diǎn)分析
本系統(tǒng)的目的就是通過皮膚聽聲器使耳聾患者能夠辨析簡(jiǎn)單語音。它通過兩個(gè)方面來完成：1)在系統(tǒng)濾波后，語音信號(hào)經(jīng)一組(本文用16個(gè))電極片傳遞到皮膚。由于每個(gè)頻率段的語音信號(hào)能量不同，那么對(duì)皮膚的電刺激也將不同，用戶會(huì)感受到不同頻率、不同程度的刺激，在一定程度上將能分辨不同的語音。2)信號(hào)經(jīng)濾波后，進(jìn)行特征提取，然后按照一定算法用軟件辨析語音，最后輸出辨析結(jié)果。本文利用
小波包變換高分辨率的特點(diǎn)，先對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分解，然后通過濾波器濾波，在此基礎(chǔ)上提取特征參數(shù)，然后利用特征參數(shù)進(jìn)行語音辨析。
這就是從皮膚感觸和視覺效果兩個(gè)方面來辨析語音，勢(shì)必將提升皮膚聽聲器辨析語音的能力。
5 結(jié)束語
本文首先介紹了皮膚聽聲技術(shù)與皮膚聽聲器；然后，說明了系統(tǒng)的主要功能和模塊劃分，以及每個(gè)模塊使用方法和核心技術(shù)；最后，總結(jié)了本系統(tǒng)的特點(diǎn)，即從皮膚感觸和視覺效果兩個(gè)方面來辨析語音，將在一定程度上提高皮膚聽聲器辨析語音的能力。
當(dāng)然，本系統(tǒng)有不太完善的地方，如特征參數(shù)能否更詳細(xì)、更有特點(diǎn)?能否辨析比較復(fù)雜的語音?這些都是亟待解決的問題，也是今后研究工作的重點(diǎn)。
評(píng)論