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
在MATLAB主窗口中，選擇File菜單中的New菜單項，再選擇其中的GUI命令，就會顯示圖形用戶界面的設(shè)計模板。本文系統(tǒng)主要包含3個功能：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為采樣的點數(shù)。決定了錄音長度；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)的存儲格式，用字符串指定，可以是‘double’、‘single’、‘int16’、‘int8’，指定存儲格式的同時也就規(guī)定了每個采樣值量化的精度，int8對應(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)將對前面錄制的語音信號進(jìn)行預(yù)處理工作，包括：對語音信號去噪、預(yù)加重和端點檢測處理。去除噪聲就是盡量去除語音信號中無用信息(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。語音的端點檢測就是確定語音的起點和終點，從語音信號中排除無聲段，為后續(xù)處理工作提供操作對象。
然后，對信號進(jìn)行濾波處理。濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網(wǎng)絡(luò)，它允許某些頻率次(通常是某個頻率范圍)的信號通過，而其他頻率的信號幅值均要受到衰減，從而將不同的頻率的語音信號分離開，使得皮膚能夠更好的感應(yīng)語音信號。小波包變換將頻帶進(jìn)行多層次劃分，并能夠根據(jù)被分析信號的特征自適應(yīng)地選擇相應(yīng)的頻帶，使之與信號頻譜相匹配，從而提高了時一頻分辨率。利用小波包的此特點，本文將語音信號用濾波器分成16個頻率段，每個頻率段為一個語音通道，每個通道連接一個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，點擊“特征提取”按鈕提取語音信號的特征參數(shù)。計算上面每個頻率段的信號能量值，再將16個能量值作為分向量結(jié)合在一起構(gòu)成一個特征向量，將其作為語音信號的特征參數(shù)。能量值反映每個頻率段內(nèi)語音信號所攜帶的語音能量，能夠表征該段語音，因此可以作為特征參數(shù)。并且，每個語音信號的特征參數(shù)將在最下面的窗口中輸出來。
3．3 辨析模塊
首先，建立一個數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫存儲語音信號的特征參數(shù)，以SOL Server2003來建庫。
然后，進(jìn)行模式匹配。建好數(shù)據(jù)庫后，對新的語音信號提取特征參數(shù)后，將其特征參數(shù)與庫中數(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；否則，將新信號的特征參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，以豐富庫中數(shù)據(jù)，并輸出“庫中無此語音!”。
最后，輸出辨析結(jié)果。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/194737.htm
4 特點分析
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單語音。它通過兩個方面來完成：1)在系統(tǒng)濾波后，語音信號經(jīng)一組(本文用16個)電極片傳遞到皮膚。由于每個頻率段的語音信號能量不同，那么對皮膚的電刺激也將不同，用戶會感受到不同頻率、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，先對語音信號進(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方面來辨析語音，勢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，即從皮膚感觸和視覺效果兩個方面來辨析語音，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?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。
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