语音信号处理实验教学探索

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1、语音信号处理实验教学探索　　摘要：“语音信号处理”课程涵盖信号的时域和变换域分析方法，具有深厚的专业内涵，而且数学概念丰富，应用更新快。因此课程的实验教学环节应当改革实验教学方法，密切跟踪语音应用技术的发展趋势。以实际教学为依托，从课程的实验内容、实验教学方法、实验方案和课程设计等环节出发，对语音信号处理的实验教学改革进行了探索。关键词：语音信号处理；教学改革；实验教学作者简介：彭鑫（1981-），男，湖南岳阳人，湖南理工学院信息与通信工程学院复杂系统优化与控制湖南省高校重点实验室，讲师；欧阳竟成

2、（1967-），男，湖南平江人，湖南理工学院信息与通信工程学院复杂系统优化与控制湖南省高校重点实验室，副教授。（湖南岳阳414000）基金项目：本文系湖南省教育厅高校科技创新团队支持计划、湖南省自然科学基金（项目编号：14JJ3130）、湖南省教育厅重点项目（项目编号：12A057）的研究成果。中图分类号：G642.423文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）34-0143-029语音信号处理是研究语音的数字化处理方法和技术的一门学科，是一门既传统而又前沿的交叉学科。目前各高等院校

3、信息类专业开设的“语音信号处理”课程包含理论和实验两个环节。理论讲授部分主要通过多媒体或传统教学手段系统讲解基础知识。实验环节主要通过上机编程进行验证或综合性实验。由于本课程以数字信号处理的理论体系为基础，所以理论环节经过多轮教学实践改革之后日渐成熟、完善。但是长期以来由于重视不够，实验教学发展滞后于理论教学，突出体现在：一是实验教学力度不够，由于课时限制极少安排课程设计；二是实验教学过程主要围绕基础理论展开，内容陈旧。上述问题只能通过不断拓展实验教学内容，革新实验教学方法解决。由于各高校自身定位

4、不同，办学条件和人才培养目标也存在差异，湖南理工学院从实验教学的理论深度、广度和侧重点等多方面进行了探索，通过在本校的教学实践，总结出一些既符合工程应用型人才培养需要，又兼顾学术发展要求的实验教学方法。一、实验教学1.编写实验教材9教材是教学过程的基石，现有的语音信号处理理论教材比较丰富，但是实验教材非常少，主要可以分为两大类：一类教材围绕着各部分理论内容基于MATLAB进行验证实验；另一类教材主要针对语音信号处理的某一特定技术进行深入实验研究。第一类教材可以有效强化学生对语音信号处理基础理论的了

5、解，但是缺乏综合性和实践性，无法让学生体会到其应用价值，更难以让学生从整体上把握语音处理的理论体系。第二类教材由于突出强调某一特定技术，理论要求较高，超出了语音信号处理课程的大纲要求，虽有参考价值，但不适合在实验教学环节使用。因此难以选取一本可直接用于实验教学的参考教材。针对这一问题，广泛查阅国内外语音信号处理的相关教材，在遵循教学大纲的基础上准确把握内容的深度与广度，根据湖南理工学院学生的能力与特点，编撰了既符合教学大纲要求又适合本校教学对象的实验讲义。讲义具有可操作性、趣味性和与应用衔接等特色

6、，在保证实验可实现性的基础上提高学生兴趣，让学生在用所学理论解决实际问题的过程中获得成就感。目前，拟将讲义做适当完善后交付出版，以满足国内同类院校语音信号处理实验教学环节的发展要求。2.明确培养目标9每一所高校都有自身独特的办学理念和人才培养模式、目标，所有这些都直接在课程教学中体现。针对不同的培养目标，教师可以选择不同层次的实验内容。目前国内高校在学生培养上主要可以分为以下两种类别：一是科研学术型；二是工程应用型。科研学术型培养目标主要面向毕业后选择升学或进科研院所的学生。对于这类学生，教学过程

7、宜强化理论深度以及编程实现，使学生能够具备坚实的语音信号分析处理能力，为今后的研究打下坚实基础。即便是以后不会从事语音信号处理方向的研究工作，掌握这些理论知识和分析方法（如短时时域和频域分析、矢量量化等）对于信号处理领域的研究大有裨益。工程应用型培养目标是许多二本院校的选择，这种培养方式主要面向就业，培养过程强化学生的工程素养和实践能力。在这一过程中，授课教师可以通过梳理基础理论知识，并由浅入深地讲解一些系统性实验（如语音增强、DSP实时实现等）来激发学生的学习兴趣，明确学习目标。3.实验教学体系

8、作为语音信号处理理论教学的延伸，课堂实验是夯实理论基础、强化技术实践的重要环节。由于语音信号处理具有完善的理论体系，具有多学科交叉的特点，需要学生具备较好的信号分析基础。对于先修课程（“信号与系统”、“数字信号处理”）没有学好的学生而言，学习过程会比较吃力，有一种“吃不透”的感觉。往往只是零散地了解某些语音处理技术的基本概念和作用，难以将这些理论融会贯通，更不用说能够灵活运用语音信号处理理论进行算法设计和综合应用。这些问题也是实验环节设计过程中需要思考的问题。实验设置。课堂实验将按