摘 要

自20世纪来，声音识别技术得到了更为迅猛的发展，其应用领域也不断扩大。尤其是声纹识别系统的应用，已经覆盖了不少需要核查身份的场合。因此，本论文基于Labview界面和Matlab编程对声纹识别系统进行具体设计。

论文介绍了基于Labview的声音采集系统的设计方法，详细说明了声音信号采集存储的过程。根据几种常用的声纹特征，设计了MFCC特征参数提取的流程，并用Matlab编写了提取程序。另外，论文还介绍了三种声音识别模型，重点描述了矢量量化模型，并利用该模型对提取的声音特征训练后形成码本，构成样本库。最后对即时声音进行采集测试，并与样本库中的码本比较判断是否匹配。

关键词：MFCC特征值；矢量量化；特征提取；说话人识别

Abstract

This Since the 20th century, sound recognition technology has been developed more rapidly and its applications have been expanding.In particular, the application of the voice recognition system, has covered a number of occasions to verify identity.Therefore, in this paper, based on Labview interface and Matlab programming, the sound recognition system is designed specifically.

This paper introduces the design method of sound acquisition system based on Labview, and explains the process of sound signal acquisition and storage in detail.According to several common sonographic features, the extraction process of MFCC characteristic parameters was designed, and the extraction program was written with Matlab.In addition, three kinds of sound recognition models are introduced in this paper. The vector quantization model is mainly described.Finally, the real-time sound is collected and tested, and the matching is judged by comparing with the code book in the sample library.

Key Word:MFCC characteristic value;Vector quantization;Feature extraction;speaker recognition

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 声音识别系统的具体应用 1

1.3 声纹识别系统设计原理 2

1.4 研究工作概述 2

第二章 通过labview进行声音信息的采集 3

2.1 Labview概述 3

2.2 声音采集系统的设计 3

第三章 采用mfcc提取声音特征信息 5

3.1 声音特征概述 5

3.2 常用特征参数 6

3.3 mfcc概述 7

3.4 matlab实现 8

3.5 相应labview程序设计 10

第四章 声音识别部分设计 12

4.1 常用声音识别模型 12

4.2 声音识别系统结构 15

4.3 声音识别过程的matlab实现 15

4.4 声音识别部分的labview设计 20

4.5 整体系统测试 22

第五章 结论 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪论

在现代社会中，特别是在现代生产和生活的应用中，对于声音有两种主要的研究方向，一种是语音识别，一种是声纹识别。语音识别是指从声音中提取信息，最为常见的就是现在普遍运用的从声音中提取文字信息的语音系统，而声纹识别就是通过识别声音中的一些特征信息从而实现不同声音的比对，实现声音的身份识别功能。本次毕业设计所需要完成的便是声纹识别系统，由于每个人的声音都不相同，都有各自的特征，所以我们可以根据这些特征来对声音进行区分，由此判断是否是同一个人在说话。该技术的重点并非夸大从声音中提守信息，而是从声音中提取该声音的特征参数，进而实现声纹识此外功效。

• 1. 课题研究的背景及意义

在当前的社会环境中，有很多的场合都可能运用到声纹识别系统，比如很多时候人们需要自动识别系统来判断不同的客户，其中最理想的办法就是通过一些人体自带的特征信息来进行识别，比如DNA识别、虹膜识别、视网膜识别、脸相识别, 声纹识别等，本课题涉及到的就是声纹识别。

本课题的声纹识别系统是基于labview软件而开发的，是一种计算机虚拟仪器，通过计算机自带的声卡等硬件设备将声波中的特征信息提取出来并加以分析，每个人的声音信息都是不相同的，每个声音都有各自的频率，声调及连续特征，同时声音信息获取方便，分析成本低，特征性好，是一种理想的身份识别方式。

声纹系统所需要完成的主要任务有：采集和处理语音信息，声纹特征信息的提取和构建模型，模型匹配与识别。所以声纹识别系统的逻辑较简单，开发成本比较低，近年来该技术发展迅速，在社会中的应用越来越广泛，并且逐渐商业化，被多次运用于需要身份识别的场所。因此，声纹识别系统的设计与开发对于现代社会是非常重要的。

• 1. 声音识别系统的具体应用
     1. 重点人员声纹库

对于逃犯等重点人员，对其声音进行记录并在其逃亡过程中加以识别，是一种很理想的追逃工具，同时对于有犯罪前科的人进行声纹识别，有利于公安和检查机关的信息收集，减少其再次作案的可能性。

• • 1. 门禁控制系统

目前人们的生活开始变得智能化，传统的钥匙和锁很难满足人们对于门禁身份识别的需求，于是声纹识别的门禁系统就应运而生，通过声纹的比对来判断来访人员的身份，通过计算机进行记录和管理，可以大大提高门禁系统的安全性。

1.3 声音识别系统原理

声纹识别技术与语音的生理特征密切相关，说话人的嗓音与其生理构造有着很密切的关系，可以通过计算的的声卡等硬件设备对于其语言学模型进行相应的分析，根据人说话的语音波形和从中提取的相关特征参数来识别说话人的身份。声纹识别的本质上是一种模式识别的过程，是对于特征参数的提取和比对，每个人的声音的频率，声调都不一样，通过学习和鉴别，分析处理说话着的语音模型，将每个人的声音进行数字化的处理，然后通过计算机加以存储，之后在将收集到的声音与存储的声音加以分析和比对，判断二者的相似性，从而实现声音与数字文件的精准匹配，从而判断两者是否一致，进而实现通过声纹的语音身份识别功能。

声纹识别系统所需要完成的主要任务有：语音信号的采集和处理，声纹信息的提取和构建模型，模型匹配与识别。其主要由建模和识别两个分支来构成，其中建模部分是指建立鉴别声音的模型文件，采集和分析声音信号，进过滤波降噪等必要程序后进行特征提取，也就是说要从声音信息中选取唯一稳定可靠的人声特征，将其提取后生产模型文件保存在计算机中。声纹识别部分主要的功能就是进行特征信息的提取和匹配，模式匹配就是把提取到的特征信息与先前建模的存档文件进行比较和匹配，根据匹配结果来判断结果是否正确。

1.4 研究工作概述

本课题的声纹识别主要是通过labview软件设计的虚拟仪器来实现的，通过labview的自带子VI程序和计算机中的相关硬件来提取声音特征信息和进行相应的匹配，同时通过labview的前面板来设计一套简洁的控制系统，实现对于该虚拟仪器的控制。其详细有如下几个步骤：

1. 采集样本

设置声卡采样参数，获取声音信号并保存，建立声音样本库。

1. 分别提取样本的特征参数，确定最佳算法

分析样本声音的频谱，选定算法，依次对所有样本信号的频谱进行处理，提取出声纹特征参数，作为识别的标准。

(3)将待测信号的特征与待测值进行对比

将待测信号的特征参数依次与样本进行对比，如果失真值在允许的范围之内,则可以认为声音是同一个人发出来的。

1. 良好的labview人机交互界面

将对比结果显示在交互界面上，通过指示灯显示是否声音信息完成了匹配。

第二章 通过labview进行声音信息的采集

2.1 labview概述

labview是一种由美国国家仪器公司NI研制开辟的一种程序开发环境，其主要运用是用来进行虚拟仪器的开发，labview与其他的程序开发工具不同之处在于，labview是一种基于图形的编程工具，通过框图的形式来参数程序，与其他的C语言等计算机语言有着很大的不同，这也是labview的最大特点之一。labview经过多年的研发，现在已经成为了设计和开发虚拟仪器的理想选择。通过对labview的运用，工程师和科学家可以很方便快速的构建各种应用所需要的各种工具，能够有效的解决工程师和科学家所面临的问题，从而提高生产力和不断改革创新。

2.2 声音采集系统的设计

该系统的任务是将声音文件进行存储保存在电脑中，生成WAV文件，以便之后进行声音的比对。该系统所需要的硬件部分是在笔记本中自带的声卡和麦克风等设备，通过这些设备将声音信号数字化，并在计算机中进行保存。

2.2.1 程序的labview前面板设计

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