一种可任意调节的语音自然变声方法及装置

摘要

本发明公开一种可任意调节的语音自然变声方法及装置，所述方法将语音信号在声道中进行建模，随后求出发音的系统模型，即声道的模型，之后再改变声道的模型，最后在新的声道模型中还原出语音信号，这个新输出的语音信号即为变声后的信号。装置包括电源模块、输入输出模块、控制模块和处理模块，控制模块将参数送至处理模块并控制系统运行的起止。由输入输出模块输入声音信号，并转化为数字信号，送入处理模块中，处理模块根据输入的参数对信号进行处理，形成变声信号后送入输入输出模块，再转化为模拟信号，并由音箱输出。本发明使变声后的信号可以有很自然的声音效果，且可任意调节。本发明中装置简单，容易实现，且设备成本低廉，使用方便。

主权项

1.一种可任意调节的语音自然变声方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、建立通过声道后的语音信号的声道模型：声带振动产生一个激励，通过口腔后形成一个语音信号G[n]，使G[n]通过一个声道，输出一个信号y[n]，该信号的声道模型为：$y\left[n\right]=G\left[n\right]+\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_{i}y[n-i]$(公式1)，公式1中，系数a_i即为声道模型的参数，G[n]表示为：$G\left[n\right]=\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_{i}y[n-i]$(公式2)；步骤二、求出声道的系统传递函数：对语音信号G[n]进行Z变换，对上式两边同时进行Z变换，得到如下结果：$G\left(z\right)=\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_{i}Y\left(z\right)z^{-i}$(公式3)，将公式3作变换，将等号左边写为输出与输入函数的比值形式，即得到下式$\frac{Y\left(z\right)}{G\left(z\right)}=\frac{1}{\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_i{z}^{-i}}$(公式4)，公式4即为该声道系统函数H(z)$H\left(z\right)=\frac{1}{\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_i{z}^{-i}}$(公式5)；步骤三、求出声道的系统函数的极点：根据上面的表达式，求H(z)的极点即为求下面方程的根，$\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_i{z}^{-i}=0$(公式6)令$\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{a}_i{z}^{-i}=\underset{i=0}{\overset{N}{\Pi }}(1-{ϵ}_i{z}^{-1})=0$(公式7)解该方程，可以得到一组复数根即为系统函数H(z)的极点；步骤四、根据输入的变声参数，对原声道系统的极点进行移位，在极点移位后，仍保持各次谐波的关系，故而在进行极点移位时，针对不同的极点要附加不同的移动距离，移位的过程如下，首先利用数字信号处理的估算方法算出基波的频率ω₀，之后按照如下的方法将极点进行移位：${\widehat{ϵ}}_k={\mathrm{\lambda r}}_k{e}^{j{\omega }_k(1+\frac{{\omega }_k}{{\omega }_0}\Delta )}k=\mathrm{1,2}...N$(公式8)即为系统的新极点，N为正整数，其中，Δ为输入的语音变声参数，λ为音量调节参数，这样，在移位的过程中既调整了语音频率，又调整了音量大小；步骤五、利用移位后的极点重新恢复出新的为新的语音声道的系数，这样，新的声道模型得以建立，由于各新极点即是方程的根，则得到下式：$\underset{i=0}{\overset{N}{\Pi }}(1-{\widehat{ϵ}}_i{z}^{-1})=\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{\hat{a}}_i{z}^{-i}$(公式10)从而得到新声道的系统函数$\widehat{H\left(z\right)}=\frac{1}{\underset{i=0}{\overset{N}{\Sigma }}{\hat{a}}_i{z}^{-i}}$(公式11)；步骤六、将激励即语音信号G[n]输入新声道，得到新的语音信号模型，即为变声后的语音信号，最终得到变声后的语音信号为：$\widehat{y\left[n\right]}=G\left[n\right]+\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\hat{a}}_{i}y[n-i]$(公式12)。