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基于倒谱的语音特性提取算法设计及其实现1
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摘要-2-第一章 绪论 - 3 -1.1 背景 - 3 -1.2 语音特性提取的重要性 - 3 -第二章 倒谱的相关知识 - 4 -2.1.倒谱和复倒谱 - 4
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目录
摘要 ............................................................................................................................................................ - 2 -
Abstract ...................................................................................................................................................... - 2 -
第一章 绪论 .............................................................................................................................................. - 3 -
1.1 背景 ............................................................................................................................................. - 3 -
1.2 语音特性提取的重要性 ............................................................................................................ - 3 -
第二章 倒谱的相关知识 .......................................................................................................................... - 4 -
2.1.倒谱和复倒谱 .............................................................................................................................. - 4 -
2.1.1 倒谱和复倒谱的定义 .................................................................................................... - 4 -
2.1.2 倒谱和复倒谱的关系 .................................................................................................... - 4 -
2.2.倒谱的特点 .................................................................................................................................. - 5 -
2.3.求倒谱的算法 .............................................................................................................................. - 7 -
第三章 MFCC 参数的提取 ...................................................................................................................... - 9 -
3.1.MFCC 的原理 .............................................................................................................................. - 9 -
3.2.MFCC 算法流程 .........................................................................................................................- 11 -
3.3.差分特征参数的提取 .................................................................................................................- 11 -
3.4.MATLAB 中的设计与实现 ........................................................................................................- 11 -
第四章 倒谱法提取基音频率 ................................................................................................................ - 13 -
4.1.基音的相关知识 ........................................................................................................................ - 13 -
4.1.1.基音的周期 .................................................................................................................... - 13 -
4.1.2.基音检测的难点 ........................................................................................................... - 13 -
4.2.提取基音的方法 ........................................................................................................................ - 14 -
4.3.倒谱分析算法的原理 ................................................................................................................ - 14 -
4.4.MATLAB 中的设计与实现 ........................................................................................................... - 15 -
第五章 倒谱法提取共振峰 .................................................................................................................... - 16 -
5.1.共振峰的概念 ............................................................................................................................ - 16 -
5.2.提取共振峰的方法 .................................................................................................................... - 16 -
5.3.倒谱法的原理 ............................................................................................................................ - 17 -
5.4.MATLAB 中的设计与实现 ........................................................................................................... - 17 -
第六章 结束语 ........................................................................................................................................ - 20 -
附录 .......................................................................................................................................................... - 21 -
1 提取 MFCC 参数的相关程序 ........................................................................................................ - 21 -
1.1 mfcc.m ................................................................................................................................ - 21 -
1.2 enframe.m ........................................................................................................................... - 21 -
1.3 mel.m .................................................................................................................................. - 23 -
2 提取基因和共振峰的程序 .......................................................................................................... - 25 -
致谢 .......................................................................................................................................................... - 26 -
- 2 -
基于倒谱的语音特性提取算法设计及其实现
赵丽君
西南大学 电子信息工程学院,重庆 400715
摘要:在语音信号处理中,常用的语音特性是基于 Mel 频率的倒谱系数(MFCC)以及一些语音信
号的固有特征,如共振峰和基音频率等。倒谱可以较好地将语音信号中的激励信号和声道响应分离,
并只需要用十几个倒谱系数就能较好地描述语言信号的声道响应,在语音信号处理中占有很重要的
位置。本论文设计了基于倒谱的语音特性参数提取算法,并在 Matlab 中予以实现。
关键词:倒谱;MFCC;基音;共振峰
The Design and Implementation of Cepstrum-based Algorithm in Voice
Characteristic Extraction
Zhao Lijun
School of Electronic & Information Engineering, Southwest University, Chongqing 400715, China
Abstract: In voice signal processing, MFCC and some inherent characteristics of voice signals, such as
formants and the frequency of pitch. Cepstrum can be used to separate the excitation signal and channel
response, and can represent channel response with only a dozen cepstral coefficients. As a result, it has
been a very important role in voice signal processing. In this paper, the cepstrum-based algorithm to extract
above-mentioned voice characteristics and its implementation in MATLAB are described in detail.
Key word: Cepstrum; MFCC; pitch ; formant
- 3 -
第一章 绪论
1.1 背景
由于语言是人们在日常生活中的主要交流手段,因此语音信号处理在现代信息社会
中占用重要地位。随着语音信号处理技术在实际生活中的应用的不断发展,语音信号处
理技术已经被广泛地接受和使用。由于语音比其他形式的交互方具有更多的优势,因此
这项技术已经越来越贴近人们的生活。目前,语音信号处理技术处于蓬勃发展时期,不
断有新的产品被研制开发,市场需求逐渐增加,具有良好的应用前景。
1.2 语音特性提取的重要性
语音信号处理虽然包括语音通信,语音合成和语音识别等方面的内容,但其前提和
基础是对语言信号进行分析。语音的压缩与恢复是语音信号处理的关键技术。近年来有
关这方面的研究不断发展成熟,并形成一系列的标准。在语音信号的各种分析合成系统
中,需要提取频谱包络参数,推测音源参数(清浊音的判定以及浊音周期等)。只有将
语音信号分析表示成其本质特性的参数,才有可能利用这些参数进行高效的语音通信,
才能建立用于语音合成的语音库,也才能建立用于识别的模板或知识库。
根据所分析的参数不同,语音信号分析可分为时域,频域,倒谱域等方法。进行语
音信号分析时,最先接触到的,也是最直观的是它的时域波形。时域分析具有简单直观,
清晰易懂,运算量小,物理意义明确等优点;但更为有效的分析多是围绕频域进行的,
因为语音中最重要的感知特性反映在其功率谱中,而相位变化只起着很小的作用
[1]
。
频谱分析具有如下优点:时域波形较易随外界环境变化,但语音信号的频谱对外界
环境变化具有一定的顽健性。另外,语音信号的频谱具有非常明显的声学特性,利用频
域分析获得的语音特征具有实际的物理意义。如 MFCC,共振峰,基音周期等参数。
倒谱域是将对数功率谱进行反傅立叶变换后得到的,它可以进一步将声道特性和激励特性有效
地分开,因此可以更好地揭示语音信号的本质特性。本文给出语音特性的提取中基于倒谱的算法设
计及其实现。使读者对相关技术的基本理论,方法和基本应用有一个系统的了解。
- 4 -
第二章 倒谱的相关知识
2.1.倒谱和复倒谱
2.1.1 倒谱和复倒谱的定义
语音信号不是加性信号,而是卷积信号。为了能用线性系统对其进行处理,可以先
采用卷积同态系统处理。经过卷积同态系统后输出的伪时序序列称为原序列的“复倒频
谱”。它的定义式可以表示为:
( ) {ln[ { ( )}]}x n IFT FT x n
(2-1)
倒谱或称“倒频谱”的定义为:
( ) {ln | [ ( )]|}c n IFT FT x n
(2-2)
它和复倒谱的主要区别是对序列对数幅度谱的傅立叶逆变换,它是复倒谱中的偶对
称分量。它们都将卷积运算,变为伪时域中的加法运算,使得信号可以运用满足叠加性
的线性系统进行处理。复倒谱涉及复对数运算,而倒谱只进行实数的对数运算,较复倒
谱的运算量大大减少
【2】
。
如果
1
()cn
和
2
()cn
分别是
1
()xn
和
2
()xn
的倒谱,x(n)=
1
()xn
*
2
()xn
,那么 x(n)的倒
谱 c(n)=
1
()cn
+
2
()cn
。
2.1.2 倒谱和复倒谱的关系
如果已知一个实序列 x(n)的复倒谱
()xn
,那么可以由
()xn
求出它的倒谱 c(n)。为
此 首 先 将
()xn
表 示 为 一 个 偶 对 此 序 列
()
c
xn
和 一 个 奇 对 称 序 列
()
o
xn
之 和 :
()xn
=
()
c
xn
+
()
o
xn
其中
()
c
xn
=
()
c
xn
,
()
o
xn
=
()
o
xn
易于证明
1
( )= [ ( ) ( )]
2
c
x n x n x n
(2-3)
1
( )= [ ( ) ( )]
2
o
x n x n x n
(2-4)
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嗨了伐得了
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