语音信号处理课程综述

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1、课程综述课程名称语音信号处理任课教师周泽华班级08电子信息工程一班姓名吕涛学号0805070080日期2011-10-16前言语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，是目前发展最为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息形式。同时，语言也是人与机器之间进行通信的重要工具，它是一种理想的人机通信方式，因而可为信息处理系统建立良好的人机交互环境，进一步推动计算机和其他智能机器的应用，提高社会的信息化程度。语音信号处理是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学

2、科领域和涉及面很广的交叉学科。虽然从事这一领域研究的人员主要来自信号与信息处理及计算机应用等学科，但是它与语音学、语言学、声学、认知科学、生理学、心理学等许多学科也有非常密切的联系。20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：进入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音

3、与参考样本之间时间匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术—矢量量化（VQ）应用于语音信号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大发展，目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技术之中。众所周知，语音在人类社会中起了非常重要的作用。在现代信息社会中，小至人们的日常生活，大到国家大事、世界新闻、社会舆论和各种重要会议，都离

4、不开语言和文字。近年来，普通电话、移动电话和互联网已经普及到家庭。在这些先进的工具中，语音信号处理中的语音编码和语音合成就有很大贡献。再进一步，可以预料到的口呼打字机(又称听写机，它能把语音转换为文字)、语音翻译机(例如输入为汉语，输出为英语，或者相反)，已经不是梦想而是提到日程上的研究工作了。1.语音信号所包含的信息量语音信号中到底包含了多少信息量，需要多少比特才能够无失真地表示它们，这对于语音编码、语音合成和语音识别的研究都是很有用的。但是这也是一个很复杂的问题，它涉及到对于信号失真的评价。下面列举了三种评价，其中两种是由弗雷雷格(Flanag

5、an)给出的，另一种是由约翰斯登(Johnston)提出的。它们是建立在下面三种不同的失真评价上：(1)语音信号的信噪比；(2)接收语音信号时，信号由听觉外围处理以后，人们在主观上能够感觉到的失真；(3)人在接收语音信号时，不正确接收音素的数目和正确接收音素数目的比值。2.语音信号处理的关键技术语音信号处理的理论基础就是一般的数字信号处理理论，它的主要研究内容是语音编码和语音压缩技术。考虑到人对听觉煤体的感应特点，研究语音信号处理必须与声音心理学联系起来。因此这里我们把声音心理学也列为语音信号处理的关键技术之一。2.1声音心理学声音的物理属性和心理

6、属性既有联系也有区别。声音有两个最明显的量纲，即响度和单调，其它还有音色、谐和、不谐和与乐意等。物理属性主要有强度和频率。声音的正弦波的强度增加，声的响度也增加；频率增加，音调南昌增高。但这些关系不是线性的，且是耦合的，如频率的变化既影响响度也影响音调。人的大脑处理听觉信息还有一些特性，产生了一些客观存在的效应，如屏蔽效应。声的响度不仅取决于白身的强度和频率，而且也依赖同时出现的其它声音而定。它分为听觉屏蔽、频谱屏蔽和瞬态屏蔽。频谱屏蔽是高电平音调使附近频率的低电平声音不能被人耳听到。声音的屏蔽特性可以用于声音特别是语音信号的压缩。2.2语音编码语

7、音编码分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。波形编码是将时域信号直接变换为数字代码，其日的是尽可能精确地再现原来的话音波形。自适应量化、自适应比特分配和矢量量化等等。现代数字信号处理的进步都能在语音信号处理技术中得到应用。语音信号是最能体现信号非线性的一个领域。现代数字信号处理的一个主要发展趋势是对非线性、非平稳信号的研究。因此，循环而平稳信号分析、多谱分析和时频尺度理论对于语音信号的表示，关键特征的捕捉有很重要的应用前景。尤其对于移动通信来说，最多的信息是语音信号，语音编码的技术在数字移动通信中具有相当关键的作用，高质量低速率的语音编码技术是数

8、字移动网的永远的追求。所谓语音编码是信源编码，它是将模拟语音信号变成数字信号以便在信道中传输。除了通信带宽的要求外，计算机