一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變聲方法，尤其涉及一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在使用的智能終端有錄放變聲的App，這種不適用于實(shí)時(shí)語(yǔ)音交流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法。
[0004] 本發(fā)明提供了一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法，包括以下步驟：
[0005] S1、語(yǔ)音信號(hào)讀入；
[0006] S2、漢明窗加權(quán)語(yǔ)音；
[0007] S3、計(jì)算線性預(yù)測(cè)系統(tǒng)A ;
[0008] S4、計(jì)算激勵(lì)、濾波，重建語(yǔ)音作為測(cè)試對(duì)比用；
[0009] S5、根據(jù)激勵(lì)計(jì)算基頻和合成激勵(lì)能量；
[0010] S6、根據(jù)變頻系數(shù)α改變基頻頻率；
[0011] S7、根據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)求極點(diǎn)；
[0012] S8、移動(dòng)極點(diǎn)改變極點(diǎn)角度ω改變共振峰頻率；
[0013] S9、根據(jù)新極點(diǎn)求出新系數(shù)Al ;
[0014] S10、根據(jù)新基頻、新系數(shù)A1，計(jì)算出合成激勵(lì)、插值抽值，計(jì)算出合成語(yǔ)音；
[0015] S11、輸出變聲后的語(yǔ)音信號(hào)。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S6中：假設(shè)重采樣因子為P/Q，其中，P為上采樣因 子，Q為下采樣因子，上采樣過(guò)程就是往原始信號(hào)相鄰兩點(diǎn)間內(nèi)插P-I個(gè)采樣點(diǎn)，這樣使得 基音周期變?yōu)樵瓉?lái)的P倍，頻譜壓縮為原來(lái)的1/P倍，時(shí)長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的P倍，即基頻變?yōu)樵?來(lái)的1/P倍，音調(diào)降為原來(lái)的1/P倍，語(yǔ)速變?yōu)樵瓉?lái)的1/P倍，同樣地，下采樣過(guò)程就是每隔 Q-I個(gè)點(diǎn)進(jìn)行抽取，這樣會(huì)使得基音周期長(zhǎng)度為原來(lái)的1/Q倍，頻譜擴(kuò)展為原來(lái)的Q倍，時(shí)長(zhǎng) 變?yōu)樵瓉?lái)的1/Q倍，即基頻變?yōu)樵瓉?lái)的Q倍，音調(diào)升為原來(lái)的Q倍，語(yǔ)速變?yōu)樵瓉?lái)的Q倍，綜 合上述兩個(gè)過(guò)程，通過(guò)P/Q倍的重采樣后，保持播放速率不變，重采樣語(yǔ)音語(yǔ)速和音調(diào)都變 為原來(lái)的Q/P倍。
[0017] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S8中：提高共振峰頻率GlHz，語(yǔ)音采樣頻率為 LlHz則ω =-G1*2*ji/L1 ;降低共振峰頻率G2Hz，語(yǔ)音采樣頻率為L(zhǎng)2Hz則ω =G2*2*ji/ L2〇
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S8中：提高共振峰頻率100Hz，語(yǔ)音采樣頻率 為8kHz則ω = -100*2* Ji /8000 ;降低共振峰頻率160Hz，語(yǔ)音采樣頻率為8kHz則ω = 160*2* Ji/8000。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟SlO中：用基于時(shí)域抽取或內(nèi)插的方法實(shí)現(xiàn)變調(diào)， 通過(guò)在相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間線性插入新的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)達(dá)到增采樣的目的，也可以通過(guò)每隔一 定時(shí)間抽取一些點(diǎn)來(lái)達(dá)到降采樣的目的，增采樣可以實(shí)現(xiàn)頻譜的壓縮，從而起到降調(diào)的作 用；降采樣能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜的擴(kuò)展，從而有升調(diào)的作用，將時(shí)域抽取和內(nèi)插相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)任 意倍頻率的變調(diào)，假設(shè)變調(diào)前頻率為f。，變調(diào)后頻率為f，變調(diào)系數(shù)為α，則a =f/f。;假設(shè) a = f/f。= M/L，其中，M、L均為正整數(shù)，要實(shí)現(xiàn)任意有理數(shù)倍頻率的變調(diào)，采用以下公式：
[0023] 其中，N是幀長(zhǎng)，□表示取整運(yùn)算，當(dāng)M > L時(shí)，實(shí)現(xiàn)升調(diào)；M < L時(shí)，實(shí)現(xiàn)降調(diào)，X (η) 為輸入信號(hào)。
[0024] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟SlO中：對(duì)信號(hào)在頻域上進(jìn)行插值或抽取，能夠 實(shí)現(xiàn)信號(hào)頻譜的變化，從而實(shí)現(xiàn)變調(diào)，頻譜插值能夠?qū)⑿盘?hào)在頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn) 升調(diào)；頻域抽取能夠?qū)⑿盘?hào)在頻域上進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)降調(diào)，為了保持相位的連續(xù)性，采 用幀間重疊處理技術(shù)，令變調(diào)系數(shù)a =2d/12,處理中，對(duì)低頻高頻均線性內(nèi)插，采用以下公 式：
[0027] 其中，F(xiàn)FTO表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，N是幀長(zhǎng)，□表示取整，min ()表示 取較小值，*表示取共輒，僅僅對(duì)于降調(diào)時(shí)，才有花括號(hào)式中對(duì)Y (k)的補(bǔ)0。
[0028] 本發(fā)明的有益效果是：通過(guò)上述方案，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)變聲，適用于實(shí)時(shí)語(yǔ)音交流。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1是本發(fā)明一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0031] 如圖1所示，一種基于智能終端的實(shí)時(shí)變聲方法，包括以下步驟：
[0032] Sl、語(yǔ)音信號(hào)讀入；
[0033] S2、漢明窗加權(quán)語(yǔ)音；
[0034] S3、計(jì)算線性預(yù)測(cè)系統(tǒng)A ;
[0035] S4、計(jì)算激勵(lì)、濾波，重建語(yǔ)音作為測(cè)試對(duì)比用；
[0036] S5、根據(jù)激勵(lì)計(jì)算基頻和合成激勵(lì)能量；
[0037] S6、根據(jù)變頻系數(shù)α改變基頻頻率；
[0038] S7、根據(jù)預(yù)測(cè)系統(tǒng)求極點(diǎn)；
[0039] S8、移動(dòng)極點(diǎn)改變極點(diǎn)角度ω改變共振峰頻率；
[0040] S9、根據(jù)新極點(diǎn)求出新系數(shù)Al ;
[0041] S10、根據(jù)新基頻、新系數(shù)A1，計(jì)算出合成激勵(lì)、插值抽值，計(jì)算出合成語(yǔ)音；
[0042] Sl 1、輸出變聲后的語(yǔ)音信號(hào)。
[0043] 重采樣使得信號(hào)的樣本數(shù)目增加或減少，若以不變的采樣頻率播放，速度會(huì)變慢 或變快，因此需要進(jìn)行保持聲調(diào)不變的變速處理（變速不變調(diào)），恢復(fù)到原來(lái)的樣本數(shù)目。 同時(shí)為了改變信號(hào)的基頻，還必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行變調(diào)處理即基頻移動(dòng)，在運(yùn)用變調(diào)因子時(shí)，必 須抵消重采樣引起的基頻變化。變調(diào)采樣因子在變調(diào)不變速的做法如下：
[0044] 假設(shè)重采樣因子為P/Q，其中，P為上采樣因子，Q為下采樣因子。上采樣過(guò)程就是 往原始信號(hào)相鄰兩點(diǎn)間內(nèi)插P-I個(gè)采樣點(diǎn)，這樣使得基音周期變?yōu)樵瓉?lái)的P倍，頻譜壓縮為 原來(lái)的1/P倍，時(shí)長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的P倍，即基頻變?yōu)樵瓉?lái)的1/P倍，音調(diào)降為原來(lái)的1/P倍，語(yǔ) 速變?yōu)樵瓉?lái)的1/P倍。同樣地，下采樣過(guò)程就是每隔Q-I個(gè)點(diǎn)進(jìn)行抽取，這樣會(huì)使得基音周 期長(zhǎng)度為原來(lái)的1/Q倍，頻譜擴(kuò)展為原來(lái)的Q倍，時(shí)長(zhǎng)變?yōu)樵瓉?lái)的1/Q倍，即基頻變?yōu)樵瓉?lái) 的Q倍，音調(diào)升為原來(lái)的Q倍，語(yǔ)速變?yōu)樵瓉?lái)的Q倍。綜合上述兩個(gè)過(guò)程，通過(guò)P/Q倍的重 采樣后，保持播放速率不變，重采樣語(yǔ)音語(yǔ)速和音調(diào)都變?yōu)樵瓉?lái)的Q/P倍。
[0045] 步驟S8中：提高共振峰頻率GlHz，語(yǔ)音采樣頻率為L(zhǎng)lHz則ω = -Gl*2* Ji /LI ; 降低共振峰頻率G2Hz，語(yǔ)音采樣頻率為L(zhǎng)2Hz則ω = G2*2* Ji /L2。例如：提高共振峰頻率 IOOHz，語(yǔ)音采樣頻率為8kHz則ω = -l〇〇*2* Ji /8000 ;降低共振峰頻率160Hz，語(yǔ)音采樣頻 率為 8kHz 則 ω = 160*2* Ji /8000。
[0046] 智能終端App在界面上實(shí)現(xiàn)選擇升調(diào)、降調(diào)（通過(guò)調(diào)節(jié)變聲系數(shù)α實(shí)現(xiàn)），并傳給 底層執(zhí)行。同時(shí)提供時(shí)域和頻域兩種方案的抽值、插值方法。
[0047] 方案一：用基于時(shí)域抽取或內(nèi)插的方法實(shí)現(xiàn)變調(diào)，通過(guò)在相鄰兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)之間線 性插入新的數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)達(dá)到增采樣的目的，也可以通過(guò)每隔一定時(shí)間抽取一些點(diǎn)來(lái)達(dá)到降采 樣的目的，增采樣可以實(shí)現(xiàn)頻譜的壓縮，從而起到降調(diào)的作用；降采樣能夠?qū)崿F(xiàn)頻譜的擴(kuò) 展，從而有升調(diào)的作用，將時(shí)域抽取和內(nèi)插相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)任意倍頻率的變調(diào)，假設(shè)變調(diào)前 頻率為f。，變調(diào)后頻率為f，變調(diào)系數(shù)為α，則a =f/f。;假設(shè)α =€/^。=1/1，其中肩丄 均為正整數(shù)，要實(shí)現(xiàn)任意有理數(shù)倍頻率的變調(diào)，采用以下公式：
[0051] 其中，N是幀長(zhǎng)，□表示取整運(yùn)算，當(dāng)M>L時(shí)，實(shí)現(xiàn)升調(diào)；M<L時(shí)，實(shí)現(xiàn)降調(diào)，x(n) 為輸入信號(hào)。為了實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，幀長(zhǎng)N不易取得過(guò)大。該方法可以實(shí)現(xiàn)時(shí)域線性內(nèi)插，時(shí)域線 性內(nèi)插比時(shí)域插0失真小，不會(huì)產(chǎn)生鏡像失真，效果要好。
[0052] 方案二：對(duì)信號(hào)在頻域上進(jìn)行插值或抽取，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)頻譜的變化，從而實(shí)現(xiàn)變 調(diào)，頻譜插值能夠?qū)⑿盘?hào)在頻域上進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)升調(diào)；頻域抽取能夠?qū)⑿盘?hào)在頻域上 進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)降調(diào)，為了保持相位的連續(xù)性，采用幀間重疊處理技術(shù)，令變調(diào)系數(shù)α =2d/12,處理中，對(duì)低頻高頻均線性內(nèi)插，采用以下公式：
[0055] 其中，F(xiàn)FTO表示對(duì)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，N是幀長(zhǎng)，□表示取整，min ()表示 取較小值，*表示取共輒，僅僅對(duì)于降調(diào)時(shí)，才有花括號(hào)式中對(duì)Y(k)的補(bǔ)0。在頻域進(jìn)行頻 譜插或抽取處理后，經(jīng)過(guò)傅里葉逆變換，得到對(duì)應(yīng)的時(shí)域序列。實(shí)驗(yàn)表明：采用基于頻域插 值的變調(diào)方法對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行處理后，所得到的變調(diào)后語(yǔ)音無(wú)明顯噪音，變調(diào)效果相比時(shí) 域調(diào)制法要好，而且變調(diào)方法相對(duì)不是很復(fù)雜。這種方法的缺點(diǎn)在于內(nèi)插的方法會(huì)引入不 需要的頻率；特別是在某些能量大的頻點(diǎn)，假設(shè)要升2倍頻，將會(huì)引入一些能量為原頻點(diǎn)能 量一半的頻率分量，這些頻率分量會(huì)大大影響音頻的音質(zhì)，變調(diào)后的語(yǔ)音會(huì)有部分失真。
[0056] 測(cè)試結(jié)果：
[0057] 方案一，時(shí)域調(diào)制法是一種簡(jiǎn)單的變調(diào)方法。其原理為對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，能夠 將原信號(hào)的頻譜進(jìn)行搬移，從而實(shí)現(xiàn)頻率的升高或降低，達(dá)到變調(diào)的效果。
[0058] 該變調(diào)方法操作簡(jiǎn)單，而且可以保持語(yǔ)音信號(hào)的長(zhǎng)度不變，計(jì)算量相對(duì)較小。但是 該調(diào)制方法