婴儿哭声检测系统的仿真与设计(附件)【字数：9847】
摘 要语音传递信息是人类传递信息最直接有效的方式，因此语音信号处理技术是目前发展较为迅速的信息科学研究领域的关键技术。哭声是婴儿对外界交流的一种主要方式，婴儿通过哭声表达他们的感受。婴儿在不同情绪下有不同的哭声，通过研究婴儿在不同情绪下的哭声及特征可以判断婴儿的身体情况和需求。因此，婴儿哭声的仿真与分析具有很重要的现实意义。本文首先通过查阅文献资料了解语音信号特征及其产生过程，其次用语音信号处理技术来处理婴儿哭声信号，然后通过MATLAB软件仿真婴儿哭声信号，再比较分析婴儿哭声的仿真图，总结婴儿哭声信号的特征，最后进行婴儿哭声检测系统的设计。本课题研究重点是对婴儿哭声信号进行特征提取以及根据其特征设计检测系统。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究目标 1
1.2课题研究的背景及意义 1
1.3发展现状 1
1.4研究方法 2
第二章 语音信号分析 3
2.1声音的产生 3
2.2语音信号的特征 3
2.3婴儿的发音过程 4
2.4婴儿哭声信号特征 4
2.5语音信号分析方法 4
第三章 婴儿哭声信号分析 5
3.1哭声信号的预处理 5
3.1.1婴儿哭声信号采集 5
3.1.2预加重 5
3.1.3分帧加窗 5
3.1.4端点检测 6
3.2特征参数提取 7
3.2.1哭声信号的短时频域分析 7
3.2.2哭声信号的短时时域分析 9
3.2.3基音周期 9
3.2.4共振峰 9
第四章 婴儿哭声信号的仿真结果 11
4.1婴儿大声哭泣时的波形 11
4.2婴儿哭闹时的波形 12
4.3婴儿伤心哭泣时的波形 13
4.4婴儿普通哭泣时的波形 15
4.5婴儿撕心裂肺哭泣时的波形 16
4.6其它 17
4.7小结 19
第五章 婴儿哭声检测系统的设计 20
5.1设计原理 20
5.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
设计步骤 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究目标
首先通过文献资料简单了解婴儿哭声信号；然后对婴儿哭声信号进行取样，录制以wav为格式的婴儿哭声样本；最后对婴儿哭声信号进行处理和仿真，通过MATLAB软件仿真其时域波形和频谱图，并进行对比和分析，从而得出婴儿哭声信号的特点。
1.2课题研究的背景及意义
如今，中国大部分家庭都是独生子女，父母对子女的照顾可以说是到了无微不至的地步，尤其是在婴儿时期，更是投入了很多心血。现在二胎政策开放，婴儿增多，但是父母并不能无时无刻关注到婴儿的状态，更不能及时发现婴儿是否在哭泣，也不能在婴儿哭泣的时候及时安慰。另一方面，当婴儿的身体出现问题或者需要照顾的时候会产生哭闹，因此，通过检测婴儿哭声我们可在婴儿出现异常时第一时间了解婴儿的身体情况，又因为婴儿在不同情绪下的哭声的频率也是不同的，故可以通过分辨婴儿的哭声来做出相应的判断，从而可以采取相应的措施。
对婴儿来说,哭声是它们主要的表达方式,是一个十分有限却类似于成年人之间的语言交流的方式。同时，它也向人们传达了婴儿的生理需求和心理需求。当婴儿感到任何不舒服的状态时，他们的反映就是哭。基于婴儿哭声声波携带的信息,我们才能确定婴儿的身体情况,才能够理解婴儿所要向我们表达的意思，甚至可以由此检测出婴儿是否身患疾病。同时，如果在识别到婴儿哭泣时，能有音乐播放来使婴儿平静下来便再好不过了。然而，由于婴儿主要的表达方式就是哭，所以我们并不能分辨出婴儿是为何而哭，也不能有效的安抚它们，这对照顾婴儿的人来说是一件麻烦的事情。因此,有效检测识别婴儿哭声,成功地将婴儿哭声“翻译”成“成人语言”,能让我们读懂婴儿哭声的含义,从而了解婴儿的需求，这有着重大的实际意义。通过识别婴儿哭声，能够帮助我们实时监控婴儿的身体情况，更有利于我们照顾婴儿。
1.3发展现状
从前，人们只能通过耳朵来判断婴儿是否啼哭，然而如果我们距离婴儿较远时，周围环境的噪声往往会使得我们判断失误，从而不能准确得知婴儿是否哭泣，而使婴儿得不到及时的照料。同时，耳朵也不能判断出婴儿是因为什么而哭泣，这使得我们不能有效地得知婴儿的状况和需求。但如今，随着智能化的不断发展，单片机在各种各样的生活场景中得到了广泛的应用。因此，我们可以以单片机控制系统为核心，通过哭声信号采集、检测、处理、滤波等功能来实现婴儿哭声的识别，通过识别婴儿哭泣的频率，得知婴儿哭泣的原因，从而判断婴儿的身体状况，而且检测到哭声后还可以播放摇篮曲来帮组婴儿稳定下来。这种方法使得我们更加容易且准确的判断婴儿是否哭泣，并在婴儿哭泣时有摇篮曲来哄他们不再哭泣，从而能够更好地照顾婴儿。
1.4研究方法
本课题旨在分析婴儿哭声信号的特征，用仿真图来分析婴儿哭声信号的不同。因为婴儿哭声与语音信号相似，我们可以通过语音处理技术来处理和分析分析婴儿的哭声。对于婴儿哭声信号，我们可主要分为这四部分：
（1）先通过查阅资料文献了解语音信号的特征以及婴儿哭声的特点；
（2）通过语音信号处理技术，对婴儿哭声信号进行处理；
（3）对婴儿哭声信号进行特征提取，从而分析婴儿哭声特点；
（4）用MATLAB仿真婴儿的不同哭声信号的频域和时域波形。
流程图如图11所示：
图11 系统流程图
第二章 语音信号分析
2.1声音的产生
语音是人类说话的声音，以声学的方式表达出语言信息。语言沟通是通过联结说话人与听话人大脑之间的一系列生理、物理和心理的转换过程实现的，这个过程可分为三个阶段，为“发音传递感知”这三个阶段。现代语音学的发展有声学语音学、发音语音学和听觉语音学。
发音器官在大脑支配下作生理运动产生了语音。即空气通过肺部收缩，气流从气管经过声门和声道使得音频振荡，从而产生语音。人体的发音器官由肺和气管、声道、喉这三部分组成。声道是从声门处到咽喉再到口腔最后到嘴唇处；肺是产生语音的能源，气管是联系肺和喉的通道；喉包含着重要的发声器官声带。此外，声道中口腔是最重要的部分；舌头的灵活度最高，可通过舌头位置的改变发出元音；唇部在发音过程中也有着很重要的作用，可产生圆唇的发音准则；而软腭则是能否发出鼻音的关键因素。当口腔中的气流通道被阻塞的时候，软腭就会下垂，此时气流通过鼻腔发出，从而发出鼻音。声道的共振峰形状可决定音色的类型。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究目标 1
1.2课题研究的背景及意义 1
1.3发展现状 1
1.4研究方法 2
第二章 语音信号分析 3
2.1声音的产生 3
2.2语音信号的特征 3
2.3婴儿的发音过程 4
2.4婴儿哭声信号特征 4
2.5语音信号分析方法 4
第三章 婴儿哭声信号分析 5
3.1哭声信号的预处理 5
3.1.1婴儿哭声信号采集 5
3.1.2预加重 5
3.1.3分帧加窗 5
3.1.4端点检测 6
3.2特征参数提取 7
3.2.1哭声信号的短时频域分析 7
3.2.2哭声信号的短时时域分析 9
3.2.3基音周期 9
3.2.4共振峰 9
第四章 婴儿哭声信号的仿真结果 11
4.1婴儿大声哭泣时的波形 11
4.2婴儿哭闹时的波形 12
4.3婴儿伤心哭泣时的波形 13
4.4婴儿普通哭泣时的波形 15
4.5婴儿撕心裂肺哭泣时的波形 16
4.6其它 17
4.7小结 19
第五章 婴儿哭声检测系统的设计 20
5.1设计原理 20
5.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
设计步骤 20
结束语 22
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题研究目标
首先通过文献资料简单了解婴儿哭声信号；然后对婴儿哭声信号进行取样，录制以wav为格式的婴儿哭声样本；最后对婴儿哭声信号进行处理和仿真，通过MATLAB软件仿真其时域波形和频谱图，并进行对比和分析，从而得出婴儿哭声信号的特点。
1.2课题研究的背景及意义
如今，中国大部分家庭都是独生子女，父母对子女的照顾可以说是到了无微不至的地步，尤其是在婴儿时期，更是投入了很多心血。现在二胎政策开放，婴儿增多，但是父母并不能无时无刻关注到婴儿的状态，更不能及时发现婴儿是否在哭泣，也不能在婴儿哭泣的时候及时安慰。另一方面，当婴儿的身体出现问题或者需要照顾的时候会产生哭闹，因此，通过检测婴儿哭声我们可在婴儿出现异常时第一时间了解婴儿的身体情况，又因为婴儿在不同情绪下的哭声的频率也是不同的，故可以通过分辨婴儿的哭声来做出相应的判断，从而可以采取相应的措施。
对婴儿来说,哭声是它们主要的表达方式,是一个十分有限却类似于成年人之间的语言交流的方式。同时，它也向人们传达了婴儿的生理需求和心理需求。当婴儿感到任何不舒服的状态时，他们的反映就是哭。基于婴儿哭声声波携带的信息,我们才能确定婴儿的身体情况,才能够理解婴儿所要向我们表达的意思，甚至可以由此检测出婴儿是否身患疾病。同时，如果在识别到婴儿哭泣时，能有音乐播放来使婴儿平静下来便再好不过了。然而，由于婴儿主要的表达方式就是哭，所以我们并不能分辨出婴儿是为何而哭，也不能有效的安抚它们，这对照顾婴儿的人来说是一件麻烦的事情。因此,有效检测识别婴儿哭声,成功地将婴儿哭声“翻译”成“成人语言”,能让我们读懂婴儿哭声的含义,从而了解婴儿的需求，这有着重大的实际意义。通过识别婴儿哭声，能够帮助我们实时监控婴儿的身体情况，更有利于我们照顾婴儿。
1.3发展现状
从前，人们只能通过耳朵来判断婴儿是否啼哭，然而如果我们距离婴儿较远时，周围环境的噪声往往会使得我们判断失误，从而不能准确得知婴儿是否哭泣，而使婴儿得不到及时的照料。同时，耳朵也不能判断出婴儿是因为什么而哭泣，这使得我们不能有效地得知婴儿的状况和需求。但如今，随着智能化的不断发展，单片机在各种各样的生活场景中得到了广泛的应用。因此，我们可以以单片机控制系统为核心，通过哭声信号采集、检测、处理、滤波等功能来实现婴儿哭声的识别，通过识别婴儿哭泣的频率，得知婴儿哭泣的原因，从而判断婴儿的身体状况，而且检测到哭声后还可以播放摇篮曲来帮组婴儿稳定下来。这种方法使得我们更加容易且准确的判断婴儿是否哭泣，并在婴儿哭泣时有摇篮曲来哄他们不再哭泣，从而能够更好地照顾婴儿。
1.4研究方法
本课题旨在分析婴儿哭声信号的特征，用仿真图来分析婴儿哭声信号的不同。因为婴儿哭声与语音信号相似，我们可以通过语音处理技术来处理和分析分析婴儿的哭声。对于婴儿哭声信号，我们可主要分为这四部分：
（1）先通过查阅资料文献了解语音信号的特征以及婴儿哭声的特点；
（2）通过语音信号处理技术，对婴儿哭声信号进行处理；
（3）对婴儿哭声信号进行特征提取，从而分析婴儿哭声特点；
（4）用MATLAB仿真婴儿的不同哭声信号的频域和时域波形。
流程图如图11所示：
图11 系统流程图
第二章 语音信号分析
2.1声音的产生
语音是人类说话的声音，以声学的方式表达出语言信息。语言沟通是通过联结说话人与听话人大脑之间的一系列生理、物理和心理的转换过程实现的，这个过程可分为三个阶段，为“发音传递感知”这三个阶段。现代语音学的发展有声学语音学、发音语音学和听觉语音学。
发音器官在大脑支配下作生理运动产生了语音。即空气通过肺部收缩，气流从气管经过声门和声道使得音频振荡，从而产生语音。人体的发音器官由肺和气管、声道、喉这三部分组成。声道是从声门处到咽喉再到口腔最后到嘴唇处；肺是产生语音的能源，气管是联系肺和喉的通道；喉包含着重要的发声器官声带。此外，声道中口腔是最重要的部分；舌头的灵活度最高，可通过舌头位置的改变发出元音；唇部在发音过程中也有着很重要的作用，可产生圆唇的发音准则；而软腭则是能否发出鼻音的关键因素。当口腔中的气流通道被阻塞的时候，软腭就会下垂，此时气流通过鼻腔发出，从而发出鼻音。声道的共振峰形状可决定音色的类型。
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