摘要：针对语音信号声音变换问题，本文提出了时域对应的最大幅度瞬时频率搬移方法。利用短时傅里叶变换（STFT）得到的时频参数值，找出不同时刻对应的最大幅度瞬时频率，对不同时刻的瞬时频率在一定条件下进行分时搬移，从而得到搬移后的时频谱。本文通过MATLAB仿真进行验证，并对编程中遇到的某些问题加以解决。
关键词：短时傅里叶变换；瞬时频率估计；分时频率搬移；特征向量；MATLAB仿真
引言
现代社会，信号时频分析的应用越来越多，时频分析方法提供了时间域与频率域的联合分布信息，清楚地描述了信号频率随时间变化的关系。时频分析的基本思想是：设计时间和频率的联合函数，用它同时描述信号在不同时间和频率的能量密度或强度。时间和频率的这种联合函数简称为时频分布。利用时频分布来分析信号，能给出各个时刻的瞬时频率及其幅值，并且能够进行时频滤波和时变信号研究【1】。
常用的时频分析方法有短时傅立叶变换（Gabor变换）、连续小波变换、Wigner-Ville分布、希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang Transform，HHT ）、S变换以及广义S变换。【1】在众多时频表示中,STFT原理简单,计算方便，是简易处理音频信号的常用方法。基于STFT求出瞬时频率可以对语音信号做各种处理，本文提出基于STFT的频谱搬移及语音信号对比的处理方法，并利用MATLAB编程进行验证。
1 短时傅里叶变换
STFT定义是：
STFT原理是：
在时域用窗函数去截信号，同时认为截取下来的局部信号是平稳的。然后对截取下来的局部信号做傅里叶变换，即在t时刻附近计算信号的傅里叶变换；再不断地改变t的数值，也即不断地移动窗函数的中心位置，即可得到不同时刻附近的傅里叶变换，这些傅里叶变换的集合即是STFT（t，f）。
2 瞬时频率估计方法
估计瞬时频率属于时变信号分析的问题，在时频结果基础上，通过比较每一局部时间段上随频率变化的幅度、能量或密度的大小，可以获得对应每一局部时间段上最大幅度、能量或密度的频率值，文中所采用的估计瞬时频率的方法就是将此局部时间内对应的最大幅度的频率作为信号瞬时频率的估计值。此方法优点是：计算简单，编程实现较为简单，且实现效果与其他两种方法实现效果基本相同。
3 分时频率搬移
本文关于分时频率搬移的思想是：在找到每一局部时间对应的瞬时频率后，将其频率进行5倍搬移，得到新的瞬时频率。此方法是将信号频谱从低频搬移到高频。搬移条件是：若瞬时频率小于等于每段局部时间整个频域范围内最大频率的五分之一，则将原始瞬时频率的幅值缩减为之前的1/5，将搬移后新的频率对应幅值设为原始瞬时频率幅值。若瞬时频率大于每段局部时间整个频域范围内最大频率的五分之一，则将原始瞬时频率的幅值缩减为之前的1/5，将此时间段对应的最大频率作为搬移后新的频率值并将其对应幅值设为原始瞬时频率幅值。
4 MATLAB编程思想流程图
4.1瞬时频率搬移
5 仿真验证
5.1频谱搬移结果
以上四个图很直观的显示了频谱分时进行了搬移，实现了时频域频谱搬移的功能
6 结束语
利用短时傅里叶变换可进行各种时频分析。其中分时频率搬移可由多种方法求出。本实验根据最大幅度瞬时频率条件进行频谱搬移，由本仿真结果可知本实验原理、方法、及MATLAB程序都是完全正确的。本实验仿真程序代码由以往时频分析思想与本作者个人思想相结合，由本作者完全自主编写而成，具有改进性和创新性。
本实验仍有不完善处，针对搬移后的频谱，可以做短时傅里叶逆变换进行时域信号重建，但若直接进行逆变换，则重建出来的信号时长过短，人耳基本无法捕捉到，故本实验有较大的改进性和发展空间。
参考文献
[1]L.Cohen,"Time–Frequency Analysis," Prentice-Hall,New York,1995.ISBN 978-0135945322
[2]赵兆,是湘全.基于 STFT 和时变滤波的跳频干扰抑制方法[J].探测与控制学报,2009,31(3):46250.
[3]胡广书.现代信号处理教程[M].北京:清华大学出版社.
[4]张玲华，郑宝玉.随机信号处理。北京：清华大学出版社.
[5]周开利，康耀红．神经网络模型及其 MATLAB 仿真程序设计[M].北京：清华大学出版社，2005.
作者简介：陈淑杰（1999.02-），女，河南省驻马店市人，职称：学生，单位：郑州大学，专业：通信工程。
本文指导老师：陈恩庆。
论文作者:陈淑杰
论文发表刊物:《知识-力量》2019年10月41期
论文发表时间:2019/9/11
标签：频率论文; 信号论文; 频谱论文; 方法论文; 局部论文; 时间论文; 幅度论文; 《知识-力量》2019年10月41期论文;