语音信号特征提取算法研究
语音信号的特征提取与分类研究
语音信号的特征提取与分类研究语音信号是一种常见的信号，它传递了人类的语言信息，是人类进行交流的重要媒介之一。
但是，要对语音信号进行处理以便于机器学习或实现其他应用，需要提取出语音信号中的特征，并对其进行分类。
本文将重点探讨语音信号的特征提取与分类研究。
一、语音信号的特征提取语音信号是一种时域信号，包含了大量的声音信息。
在对语音信号进行处理前，需要将其转化为数字信号，并从中提取出有用的特征。
下面介绍几种经典的语音信号特征提取方法。
1. 短时能量和短时平均幅值短时能量和短时平均幅值是语音信号最基本的特征之一。
它们可以反映语音信号的音量大小和能量密度分布。
具体方法是将语音信号分成若干小段，在每一小段内求出能量和幅值的平均值。
这种方法简单易行，但是对于含有大量噪声的语音信号效果不佳。
2. 过零率语音信号中能量与过零率相关联，因此，过零率可以反映信号中的频率成分。
过零率表示的是语音信号穿过0的次数。
在计算过零率时，需要将语音信号分成若干小段，计算每一小段内0的穿过次数，并求出平均值。
过零率在识别某些语音词汇时具有一定的作用。
3. 短时倒谱系数短时倒谱系数是一种基于滤波器的语音信号特征提取方法。
它的原理是将语音信号输入到一个数字滤波器中，输出的结果就是短时倒谱系数。
这种方法比较复杂，需要涉及数字滤波器的设计和使用，但是效果很好。
4. 线性预测系数线性预测系数是一种基于自回归模型的语音信号特征提取方法。
它的原理是将语音信号视为一个自回归信号，通过线性预测模型估计自回归系数。
这种方法需要对语音信号进行复杂的数学运算，但是可以提取出语音信号的主要频率成分。
二、语音信号的分类研究经过特征提取后，语音信号就可以被机器进行分类了。
分类的目的是通过对语音信号的特征进行分析，将语音信号划分到不同的类别中，以便于机器进行语音识别或其他应用。
1. 基于深度学习的语音信号分类深度学习是近年来非常流行的一种机器学习方法，其在语音识别领域中也取得了一定的成果。
论语音信号的特征提取和语音识别技术
论语音信号的特征提取和语音识别技术语音信号的特征提取和语音识别技术是语音处理领域中的重要研究方向，主要用于从语音信号中提取有效的特征，并将其应用于语音识别任务中。
一、语音信号的特征提取语音信号的特征提取旨在从原始语音信号中提取出能够最有效地进行区分和表示的信息。
常见的语音信号的特征提取方法包括：1.短时能量和过零率：短时能量描述了语音信号在短时时间内的能量大小，过零率描述了语音信号经过零点的频率，可以用于检测语音的活动性和边界。
2.声谱图：声谱图是将语音信号转换为频谱的一种可视化表示方法，在声谱图中可以看到声音在不同频率上的强度分布情况，可以用于语音信号的频域分析。
3.倒谱系数：倒谱系数是通过对语音信号的离散傅里叶变换（DFT）和对数运算得到的，倒谱系数描述了语音信号在倒谱域内的频谱特性，常用于语音识别中的声学特征表示。
4.线性预测系数：线性预测系数是通过对语音信号进行线性预测分析得到的，用于表示语音信号的谐波结构和共振峰，常用于语音识别中的声学特征表示。
5.梅尔频率倒谱系数：梅尔频率倒谱系数是在倒谱系数的基础上引入了梅尔滤波器组，在梅尔频率域内对语音信号进行分析和表示，更符合人类声音感知的特性。
语音识别技术是指将语音信号转换为对应的文本或命令的过程。
常见的语音识别技术包括：1.隐马尔可夫模型（HMM）：HMM是一种统计模型，用于描述语音信号与文本之间的关系。
它将语音信号的声学特征序列映射为文本的概率分布，通过最大似然估计和维特比算法来进行识别。
2.深度神经网络（DNN）：DNN是一种基于多层神经网络的机器学习模型，通过训练大量的语音数据来进行语音识别。
DNN在特征提取和模型训练方面都具有较好的性能。
3.循环神经网络（RNN）：RNN是一种具有记忆功能的神经网络，在语音识别中可用于处理序列数据，如语音信号的语音帧。
4.语言模型：语言模型是用来描述文本序列的概率分布模型，常用于语音识别中对候选文本进行评分和选择。
语音情感识别中的特征提取与分类算法
语音情感识别中的特征提取与分类算法引言近年来，随着人工智能技术的迅速发展，语音情感识别作为一种重要的人机交互技术，受到了广泛的关注和研究。
语音情感识别的目标是通过分析语音信号，准确地识别出说话者的情感状态，这对于提高人机交互的体验和效果具有重要意义。
在语音情感识别的研究中，特征提取和分类算法是非常关键的环节，本文将结合实际案例，对语音情感识别中的特征提取与分类算法进行探讨。
一、语音情感特征提取1.1 声学特征提取声学特征是指从语音信号中提取出来的与个体发音特点、语言习惯以及情感状态等相关的特征。
常见的声学特征包括基频、声道特征和共振峰等。
基频是指语音信号的周期性振动频率，与说话者的性别和情感状态密切相关。
声道特征反映的是声音通过口腔和鼻腔等共鸣腔体时的频率响应情况，可以通过声道模型进行提取。
共振峰是指声音信号谱中的共振峰频率，与发音部位、声音的共振特性以及语音的清晰度等有关。
1.2 语音情感特征提取方法为了提取语音情感特征，研究人员提出了多种方法。
一种常用的方法是基于时域的特征提取，例如短时过零率、短时能量和短时自相关系数等。
短时过零率可以反映语音信号的频率变化情况，短时能量反映了语音信号的整体强度，而短时自相关系数可以表示语音信号的周期性相关性。
此外，还可以使用频域特征提取方法，例如基频、谐波比、频谱熵等。
基频用于表示声音的音高，谐波比可以反映声音的富谐波特性，频谱熵则用于度量频谱的均匀性。
二、语音情感分类算法2.1 传统机器学习算法在语音情感分类算法中，传统机器学习算法被广泛运用。
常用的算法包括支持向量机（SVM）、K最近邻算法（KNN）和决策树等。
SVM算法通过不同的核函数将语音情感特征向量映射到高维空间，并在高维空间中构造一个最优的超平面来实现情感分类。
KNN算法采用最近邻搜索的方式，将未知语音特征向量与已有的标记样本进行比对，并将其分类到离他最近的K个样本所在的类别中。
决策树算法则通过构建一个树状的决策模型，根据特征向量的不同取值来进行分类。
语音情感识别的特征提取与分类方法研究
语音情感识别的特征提取与分类方法研究随着智能技术的快速发展，语音情感识别作为人机交互的重要领域之一，受到了广泛关注。
从语音中识别和分析情感状态对于实现自然、智能的人机交互具有重要意义。
本文将就语音情感识别中的特征提取与分类方法展开研究，为实现更准确、高效的语音情感识别技术提供参考和指导。
一、特征提取方法研究对于语音情感识别来说，特征提取是非常关键的一步。
有效的特征提取方法可以从语音信号中提取出与情感状态相关的信息，为后续的分类和识别工作提供有力支持。
下面介绍几种常用的特征提取方法：1. 基于声学特征的提取方法声学特征是通过对语音信号进行分析和处理得到的一些数值指标，常用的声学特征包括声调、音频强度、频率变化等。
通过使用声学特征可以有效地表达语音信号的基本特征，从而提取出与情感状态相关的信息。
常用的声学特征提取方法包括短时能量、过零率、频谱质心等。
2. 基于语音基元的提取方法语音基元是语音信号的最小单位，通过对语音信号进行分割和建模，可以提取出与情感状态相关的信息。
常用的语音基元包括音素和声韵母等。
通过对语音基元进行建模和分类，可以得到更加准确的语音情感识别结果。
3. 基于深度学习的特征提取方法深度学习是一种模仿人脑神经网络的机器学习方法，近年来在语音情感识别领域取得了很大的进展。
深度学习可以自动地学习和提取语音信号中的特征，不需要手工设计特征提取算法。
常用的深度学习模型包括卷积神经网络（CNN）、长短时记忆网络（LSTM）和双向循环神经网络（BiRNN）等。
二、分类方法研究在特征提取的基础上，选择合适的分类方法对提取到的特征进行分类和识别是语音情感识别的关键。
下面介绍几种常用的分类方法：1. 支持向量机（SVM）支持向量机是一种常用的机器学习算法，可以有效地解决二分类和多分类问题。
在语音情感识别中，SVM可以通过训练样本建立决策边界，将不同情感状态的语音信号进行分类。
2. 隐马尔可夫模型（HMM）隐马尔可夫模型是一种常用的时间序列建模方法，可以对语音信号的时间演化进行建模和预测。
数字音频特征提取算法研究及应用
数字音频特征提取算法研究及应用一、引言近年来，数字音频的应用越来越广泛，例如语音识别、音乐分析和语音合成等。
数字音频的特征提取是其中一项关键技术，它将数字音频信号转化为易于分析和处理的数字特征。
本文将探讨数字音频特征提取的基本原理、主要技术方法和应用领域，并介绍几种常用的数字音频特征提取算法。
二、数字音频特征提取的基本原理数字音频特征提取是将数字音频信号转化为一组能够表示音频内容的数字特征的过程。
数字音频信号是一种连续的模拟信号，它经过模数转换后被转化为数字信号。
数字音频特征提取的目的是从数字信号中提取出有用的特征信息，以支持音频分类、分析和识别等应用。
数字音频信号经由数字信号处理（DSP）技术进行采样、量化、编码、存储和重构。
数字音频特征提取的基本原理是将数字信号分解为多个子带，每个子带包含不同频率范围的音频信号。
对每个子带进行分析，并提取特征向量，用以表示音频内容。
特征向量的选取极大程度上影响音频分类和识别的准确性。
三、数字音频特征提取的主要技术方法数字音频特征提取的主要技术方法包括时间域特征提取、频域特征提取和时频域特征提取。
1. 时间域特征提取时间域特征提取是从数字音频信号的时域维度提取特征。
常见的时间域特征包括零交叉率、短时能量、过零率和自相关性等。
零交叉率是指信号与零轴交叉的次数，在语音信号中较为常用。
短时能量是指窗口函数内信号的平方和，该特征对语音信号的韵律和语调识别有很好的效果。
过零率是指信号在窗口期间交叉零轴的次数，该特征对语音信号的清晰度和噪声检测有很好的效果。
自相关性是指信号与其自身在一定延时下的相关性，该特征对信号的周期性有很好的反映。
2. 频域特征提取频域特征提取是从数字音频信号的频域维度提取特征。
常见的频域特征包括功率谱密度、倒谱系数和梅尔频率倒谱系数等。
功率谱密度是信号的频域表示，它是每个频率上功率的密度。
倒谱系数是指对数功率谱的离散余弦变换系数，常用于语音信号的分类和识别。
语音识别中的噪声抑制与特征提取技术研究
语音识别中的噪声抑制与特征提取技术研究噪声是语音识别中一个常见的问题，它可以影响语音信号的质量和准确性。
为了提高语音识别系统的性能，研究人员一直致力于噪声抑制和特征提取技术的研究。
本文将介绍语音识别中常用的噪声抑制与特征提取技术，并对其研究现状进行分析与总结。
一、噪声抑制技术1. 基于统计建模的噪声抑制方法统计建模是一种常用的噪声抑制方法，它通过对语音信号和噪声进行建模，并利用概率统计的方法来抑制噪声。
常用的统计建模方法包括最小均方差（MMSE）估计、最大似然估计等。
这些方法通过对噪声进行建模和估计，可以减少噪声对语音信号的影响，提高语音信号的质量。
2. 基于子空间分解的噪声抑制方法子空间分解是一种通过将语音信号和噪声信号映射到不同的子空间中来进行噪声抑制的方法。
常用的子空间分解方法包括主成分分析（PCA）、独立成分分析（ICA）等。
这些方法通过分解语音信号和噪声信号，使得语音信号在一个特定的子空间中受到噪声的影响较小，从而实现噪声的抑制。
3. 基于深度学习的噪声抑制方法深度学习是一种人工神经网络模型，可以通过学习大量的数据来进行噪声抑制。
常用的深度学习方法包括自编码器、卷积神经网络、循环神经网络等。
这些方法通过训练神经网络模型，使其能够学习并理解语音信号和噪声的特征，进而实现噪声的抑制。
二、特征提取技术特征提取是语音识别中一个重要的步骤，它可以将语音信号转化为一组具有区分性的特征向量。
常用的特征提取技术包括线性预测编码（LPC）、梅尔频率倒谱系数（MFCC）、束搜索（Beam Search）等。
1. 线性预测编码（LPC）LPC是一种经典的语音信号分析方法，它可以将语音信号分解为线性预测模型和残差信号。
LPC通过分析语音信号的预测模型来提取特征，具有较好的鲁棒性和准确性。
2. 梅尔频率倒谱系数（MFCC）MFCC是一种基于人听觉特性的特征提取方法，它通过将语音信号转化为梅尔频率谱图，并对其进行倒谱变换来提取特征。
语音识别中的特征提取技术研究
语音识别中的特征提取技术研究特征提取是语音识别领域中的重要技术之一，它将语音信号从时域转换到特征域，提取出能够表征语音信号的关键特征，以便于后续的模式识别和分类任务。
特征提取的质量对于语音识别系统的性能具有重要影响，因此研究如何提取高质量的特征一直是该领域的热点问题之一、本文将介绍目前常用的语音识别中的特征提取技术及其研究进展。
在语音识别领域，常用的特征提取技术包括MFCC（Mel频率倒谱系数）、PLP（感知线性预测系数）和FBANK（滤波器组特征）。
MFCC是最常用的语音特征提取方法之一，它首先对语音信号进行快速傅里叶变换，然后计算能量谱，再对能量谱进行梅尔滤波器组变换，最后取对数能量并进行倒谱变换得到MFCC特征。
PLP也是一种常用的特征提取方法，它采用包络线性预测方法来估计语音信号的谐波特性。
FBANK是一种基于滤波器组的特征提取方法，与MFCC类似，FBANK首先将语音信号通过一组滤波器，然后计算滤波器组的能量特征。
除了这些传统的特征提取技术，近年来，还出现了一些基于深度学习的特征提取方法，如DeepSpeech和E2E-ASR。
DeepSpeech是一种基于循环神经网络（RNN）的端到端语音识别系统，它直接从原始语音信号中提取出高层次的语音特征进行识别。
E2E-ASR是一种基于端到端自动语音识别（ASR）系统，它直接从原始音频信号中生成文本，不需要中间的特征提取和对齐步骤。
特征提取技术的研究主要包括特征维数、特征间相关性、特征选择和特征加权等方面。
特征维数是指特征向量的维度，通常，特征维数越高，能够表征语音信号的信息越丰富，但同时也会增加计算复杂度和存储开销。
特征间相关性是指不同特征之间的相关性，过高的相关性可能会导致特征冗余和信息丢失。
特征选择是指选择最优的特征子集，以减少特征维度和去除冗余特征，从而提高识别性能。
特征加权是指对不同特征进行适当的加权，以提高关键特征的重要性。
总结来说，特征提取是语音识别中的重要环节，不同的特征提取方法适用于不同的语音信号和识别任务。
语音识别系统中的特征提取与模型训练方法研究
语音识别系统中的特征提取与模型训练方法研究随着人工智能技术的迅猛发展，语音识别系统被广泛应用于语音控制、智能助理和语音翻译等领域。
语音识别的核心任务是将语音信号转化为文本信息，其中特征提取与模型训练是关键步骤。
本文将围绕语音识别系统中的特征提取与模型训练方法展开研究。
一、特征提取方法特征提取是从语音信号中提取出能够代表语音信息的特征向量，常用的特征提取方法包括梅尔频率倒谱系数（MFCC）、线性预测编码（LPC）和隐马尔科夫模型（HMM）等。
1. 梅尔频率倒谱系数（MFCC）MFCC是一种常用的语音信号特征提取方法，其主要思想是通过对语音信号进行傅立叶变换，将频率轴转化为梅尔频率轴，并对频谱进行对数压缩，然后再进行倒谱变换得到MFCC系数。
MFCC能够捕捉语音信号的语音特性，同时对噪声具有一定的鲁棒性，因此在语音识别系统中得到广泛应用。
2. 线性预测编码（LPC）LPC是一种基于线性预测模型的语音信号特征提取方法，其基本原理是利用线性滤波器对语音信号进行建模，通过预测误差的最小化来得到线性预测系数。
LPC系数能够反映语音信号的谐波结构、共振峰信息等特征，常用于语音合成和语音识别等领域。
3. 隐马尔科夫模型（HMM）HMM是一种用于建模时序数据的统计模型，常被用于语音识别系统中的特征建模。
HMM模型假设观测序列是由一系列隐藏状态生成的，通过训练HMM模型来估计观测序列和隐藏状态之间的概率关系。
HMM模型在语音识别中的应用主要集中在声学模型的训练过程，用于建模语音信号和对应的文本标签之间的对应关系。
二、模型训练方法模型训练是语音识别系统中的关键环节，其目标是通过大量的语音训练数据来优化模型参数，以提高语音识别的准确性。
常用的模型训练方法包括最大似然估计（MLE）、隐马尔科夫模型的Baum-Welch算法和深度学习等。
1. 最大似然估计（MLE）MLE是一种常用的参数估计方法，用于估计模型参数使得观测数据的似然概率最大化。
声学信号的特征提取与分析算法
声学信号的特征提取与分析算法声学信号是指通过声波传播而产生的信号，它在我们日常生活中无处不在，如语音、音乐、环境声等。
对声学信号的特征提取与分析是一项重要的研究课题，它可以帮助我们理解声学信号的本质，从而应用于语音识别、音乐分析、环境声场建模等领域。
一、声学信号的特征提取声学信号的特征提取是指从原始声学信号中提取出能够反映信号特性的参数。
常见的声学信号特征包括时域特征和频域特征。
时域特征是指对声学信号在时间上的变化进行分析，常用的时域特征包括短时能量、过零率和短时自相关函数等。
短时能量反映了信号的能量大小，过零率表示信号波形穿过零点的次数，短时自相关函数描述了信号在不同时间延迟下的相似性。
频域特征是指对声学信号在频率上的变化进行分析，常用的频域特征包括功率谱密度、频谱包络和谱熵等。
功率谱密度表示信号在不同频率上的能量分布，频谱包络描述了信号频谱的整体形状，谱熵反映了信号频谱的复杂程度。
二、声学信号的特征分析算法声学信号的特征分析算法是指通过对声学信号的特征进行提取和分析，来揭示信号的内在规律和特点。
常用的声学信号特征分析算法包括时域分析和频域分析。
时域分析是指对声学信号在时间上的变化进行分析，常用的时域分析算法包括自相关函数法、短时傅里叶变换法和小波变换法等。
自相关函数法可以用来计算信号的过零率和短时自相关函数，短时傅里叶变换法可以将信号从时域转换到频域，并提取出频率信息，小波变换法可以对信号进行多尺度分析。
频域分析是指对声学信号在频率上的变化进行分析，常用的频域分析算法包括傅里叶变换法、功率谱估计法和谱减法等。
傅里叶变换法可以将信号从时域转换到频域，并提取出频率成分，功率谱估计法可以计算信号的功率谱密度，谱减法可以通过减去噪声谱来增强信号的清晰度。
三、声学信号特征提取与分析的应用声学信号的特征提取与分析在许多领域都有广泛的应用。
在语音识别领域，通过提取语音信号的特征参数，可以将语音信号转化为数字特征向量，用于识别不同的语音单元。
语音识别系统中的音频特征提取算法研究
语音识别系统中的音频特征提取算法研究引言：随着科技的发展，语音识别技术越来越成熟，已经广泛应用于智能助理、语音控制和人机交互等领域。
而语音识别的关键环节之一就是音频特征提取，它将语音信号转换为数学特征，为后续的模式匹配和识别提供基础。
本文将探讨语音识别系统中常用的音频特征提取算法，并对其研究进行介绍和分析。
一、音频特征提取算法的背景在语音识别系统中，音频特征提取算法起着至关重要的作用。
其目的是从语音信号中提取出具有区分能力的特征，以便于后续的识别和分类任务。
传统的音频特征提取算法主要包括基于时域和频域的方法，如短时能量、过零率、梅尔频谱倒谱系数（MFCC）等。
这些算法在语音识别领域有着广泛的应用。
二、音频特征提取算法的研究现状1. 基于时域的音频特征提取算法基于时域的音频特征提取算法采用的是语音信号在时间上的变化特性。
短时能量是常用的时域特征之一，它反映了信号在短时间内的能量变化。
过零率是另一个常用的时域特征，它表示信号通过零点的次数。
这些特征可以有效地反映语音信号的频率和语调等信息。
2. 基于频域的音频特征提取算法基于频域的音频特征提取算法则是将语音信号转换到频域进行分析。
其中最常用的方法是梅尔频谱倒谱系数（MFCC）。
MFCC将语音信号转换为一组能够描述语音特征的参数，包括音高、音量和共振峰等信息。
MFCC算法在语音识别中表现出色，被广泛应用。
3. 其他音频特征提取算法除了时域和频域特征外，还有一些其他的音频特征提取算法被研究并应用于语音识别系统中。
比如线性预测编码（LPC）算法可以对语音信号的频率特性进行建模。
倒谱相关系数（LPCC）算法则是一种改进的LPC算法，它引入了对数非线性变换来提高模型的效果。
三、音频特征提取算法的评估指标评估音频特征提取算法的性能需要使用一些指标来进行衡量。
常见的评估指标包括信噪比（SNR）、错误率（ER）和识别准确率（RA）等。
这些指标可以帮助研究人员评估算法的鲁棒性和准确性，并选择适合特定应用场景的算法。
一种改进的语音信号特征参数提取算法研究
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心 频 率 在 Ｍｅ 频 率 轴 上 是 均 匀 分 布 的 。在 线 性 频 率 上 ， ｍ ｌ 当
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第 １ ９卷 第 ２ 期 １
Ｖｏ ． ９ １１ Ｎｏ２ ．ｌ
语音识别的特征提取方法
语音识别的特征提取方法一、语音识别的特征提取方法语音识别的特征提取是语音识别程序的第一步，也是最重要的一步。
一般来说，特征提取会将语音信号转换为一系列数字特征向量，这些特征向量可以由语音识别系统来识别。
常见的语音识别特征提取方法有基频提取（Pitch Extraction）、功率谱分析（Power Spectrum Analysis）、均值漂移（Mean Drift）、梅尔倒谱系数（Mel-Cepstrum）等。
1、基频提取基频提取是一种基于谐波分析的语音识别特征提取方法，主要用于提取语音信号中的基频成分。
基频提取技术的原理是把语音信号分解成若干个谐波成分，然后提取每一个谐波成分的频率。
基频提取方法在语音识别中有着重要的作用，它可以帮助我们更好地理解语音的频带结构，并有效地分离出语音的节奏和声调结构，从而有效地提高语音识别的准确性。
2、功率谱分析功率谱分析是一种以功率谱特征作为语音识别特征的提取方法，它利用频谱分析的方法，把语音信号转换为一系列的功率谱，从而提取出语音信号的频率组成，以及语音信号的能量分布特征等。
使用功率谱分析提取的特征能够有效地描述语音的各种频率组成，而且可以有效地进行语音特征的识别。
3、均值漂移均值漂移是一种语音识别特征提取方法，它采用的是一种时间频域变换，即将时域信号以滑动窗口的方式转换为频域信号，然后求取窗内信号的一些基本特征，如均值、方差和极差等，从而提取出语音信号的一些语音特征。
均值漂移能够有效地提取出非常重要的语音特征，如音节的起始和终止点，以及语音的频谱形状等信息，从而有效地提高语音识别的准确度。
4、梅尔倒谱系数梅尔倒谱系数是一种语音识别特征提取方法，它把语音信号转换成一系列的梅尔倒谱系数（MCC），并提取其中的一些特征，如节拍、声调等。
梅尔倒谱系数是频谱分析的一种变体，它将语音信号的频率与时间分解为一组梅尔倒谱系数，这些系数可以有效地描述语音的各个频率特征，并能够更好地表现出语音的语调特征，从而有效地提高语音识别准确性。
语音情感识别算法中的特征提取方法研究
语音情感识别算法中的特征提取方法研究近年来，语音情感识别技术受到越来越多的关注。
语音情感识别是指通过对人类说话语音信号的分析和处理，从中获取与情感相关的信息的一项技术。
在人机交互、社交网络分析、市场研究等领域都有着广泛的应用。
其中，特征提取是语音情感识别的重要环节，不同的特征提取方法直接关系到算法的性能和鲁棒性。
本文将就当前语音情感识别领域中的特征提取方法研究进行探讨。
一、特征提取概述特征提取是将原始语音信号转化为有代表性的特征向量的过程。
一般而言，特征提取可以分为两个主要的步骤：预处理和特征提取。
在预处理步骤中，我们需要对原始语音信号进行去噪、降噪等操作。
在特征提取步骤中则需要从去噪后的信号中提取特征，目的是为了区分不同情感状态下的语音信号。
目前特征提取方法主要分为两类：时域特征和频域特征。
时域特征直接在时间域上提取语音特征，比如声强、基频等；频域特征则是将时域信号转化到频域后进行特征提取。
其中频域特征包括MFCC、LPCC、LPC、PLP等。
二、 MFCC （Mel-Frequency Cepstral Coefficients）算法在语音情感识别算法中，MFCC 是一种广泛使用的特征提取方法。
MFCC 是一种基于感知音高的声学特征，可以根据人耳感知声音的方式对语音信号进行分析，提取出与人耳感知声音相关的特征。
MFCC 算法主要包括以下几个步骤：1. 预加重：在信号中进行高通滤波，可以加强语音高频部分。
2. 分帧：将语音信号分成多个短时帧，每帧长度为 20ms 左右，在分帧过程中可以设置帧移，一般为10ms。
3. 加窗：在分帧后的语音信号中加上汉明窗，消除频谱泄露现象。
4. 傅里叶变换：将每个帧信号转换到频域，得到每帧的频谱图。
5. 梅尔倒谱系数（Mel-Frequency Cepstral Coefficients）：梅尔频率是根据人耳对频率的感知划分出的频率区间。
MFCC 系数主要是根据每个帧的梅尔频率进行计算，得到关于频率的梅尔倒谱系数。
音频信号处理中的特征提取与语音识别算法综述
音频信号处理中的特征提取与语音识别算法综述音频信号处理是指对音频信号进行采样、分析和处理的过程，其在语音识别和音频信号分析等领域中起到关键作用。
特征提取是音频信号处理的重要组成部分，用于从音频信号中提取出表征语音内容的有效特征。
本文将对音频信号处理中的特征提取与语音识别算法进行综述。
在音频信号处理中，首先需要对音频信号进行预处理，包括去噪、降噪和语音活动检测等。
然后，通过特征提取将音频信号转化为对应的特征表示，常用的特征包括短时能量、过零率、梅尔频率倒谱系数（MFCC）等。
短时能量是一种衡量音频信号强度的特征，在语音识别中常用于语音活动检测和语音端点检测。
过零率是一种衡量音频信号频率变化的特征，通过计算音频信号在短时间内穿过零点的次数来反映信号的频率变动。
MFCC是一种常用的语音特征提取方法，它通过模拟人耳听觉特性，提取出对语音内容辨识度高的特征。
其主要流程包括梅尔滤波器组、离散余弦变换（DCT）和能量归一化等步骤，将音频信号转化为一系列梅尔频率倒谱系数。
在音频特征提取之后，通常采用机器学习方法进行声学模型的训练和语音识别模型的构建。
常用的声学模型包括隐马尔可夫模型（HMM）和深度神经网络（DNN）等。
HMM基于声学模型的序列建模，用于描述语音信号的时序结构。
DNN则作为一种前馈神经网络，通过多层隐藏层的连接和权重调整，实现对语音特征的映射和分类。
最后，在语音识别中，常用的解码算法包括维特比算法和基于语言模型的识别算法。
维特比算法通过动态规划的方法，搜索最优路径，找到最可能的语音识别结果。
基于语言模型的识别算法则通过对高频词组和语法规则的建模，提高对识别结果的准确性。
综上所述，音频信号处理中的特征提取与语音识别算法是实现语音识别的关键步骤。
特征提取通过提取音频信号中的有效信息，将其转化为适合机器学习方法处理的特征表示。
而语音识别算法则通过声学模型的训练和解码算法的应用，实现对音频信号的语音内容识别。
语音信号识别中的特征提取技术研究
语音信号识别中的特征提取技术研究语音信号识别是计算机科学领域中的一个重要研究方向。
在人类交流过程中，语音作为一种重要的信息载体，已经成为了现代社会中不可或缺的一部分，因此，对于计算机来说，如何将语音信号转换为计算机可读的数字信号，是目前研究的热点之一。
而语音信号的特征提取技术，作为语音信号识别领域中的重要一环，起着举足轻重的作用。
在语音信号识别中，所谓的特征提取就是将复杂的语音信号转换成机器学习算法可以处理的特征向量，从而实现对语音信号的识别。
特征提取的过程，主要包括信号预处理、特征提取和特征归一化三个步骤。
首先，信号预处理是将原始的语音信号进行降噪、滤波、增益等操作，以使语音信号更加清晰、准确。
同时，信号预处理还可以通过提高信噪比和降低信号干扰，来优化特征提取的结果。
接下来的特征提取过程则是将预处理后的语音信号量化为一组数学特征，以便计算机进行数字信号处理和分析。
在特征提取的过程中，常用的算法包括梅尔频率倒谱系数（MFCC）法、线性预测编码（LPC）法、傅里叶变换法等等。
其中，MFCC法是目前应用最为广泛的一种算法，它模拟人类听觉系统的处理方式，利用声音的波形和人类感觉器官对声音的调制响应，将语音信号抽象成一系列人工构建的数字特征，并具有计算效率高、特征表达能力强、不易受噪音干扰等特点。
相比之下，LPC法则是将语音信号分解为一系列谐波和噪声，更为复杂，但其也在某些场景下实现了更加优秀的语音信号识别效果。
最后，特征归一化的目的是在将特征向量输入机器学习模型之前，对其进行规范处理，消除数据的量纲和分布等差异，以获得更好的识别结果。
特征归一化方法包括线性区间缩放、标准化、均值归一化、范数归一化等。
其中，标准化是最为常用的一种归一化方法，它将数据的均值置为0、方差置为1，使数据分布在标准正态分布中，提升了特征向量在机器学习模型中的可用性和稳定性。
通过对这三个步骤的详细了解和实践经验的积累，研究者们已经取得了越来越好的语音信号识别效果。
语音情感识别的特征提取和分类算法研究
语音情感识别的特征提取和分类算法研究随着人工智能技术的不断发展，情感计算逐渐成为了人工智能领域中的一个热门方向。
语音情感识别作为情感计算中的重要组成部分，其研究意义不仅在于为人工智能提供更加准确、精细的情感计算功能，还在于拓展语音技术在智能交互、教育心理、医学护理等领域的应用前景。
本文将围绕语音情感识别的特征提取和分类算法进行研究，并提出相关技术瓶颈和未来发展方向。
一、语音情感识别的特征提取方法语音情感识别的特征提取方法是语音情感识别中的重要基础，其准确性和有效性将直接影响整个系统的性能。
目前，主要的特征提取方法包括语音信号直接提取和转换成状态特征，语音信号预处理和维度变换两大类。
1.语音信号直接提取和转换成状态特征语音信号直接提取和转换成状态特征是一种基于频域、时域、能量和频率等特征指标，直接从语音信号中提取语音情感特征和状态信息的方法。
具体方法包括短时能量和零交叉率等时域特征，MFCC、LPC和PLP等频域特征，SVM和HMM等分类算法。
2.语音信号预处理和维度变换语音信号预处理和维度变换方法主要是将语音信号进行预处理、处理成对特征进行合并和对齐，将多维特征进行降维和分类，并运用各种机器学习算法进行分类。
具体方法包括自适应分帧和预加重等预处理，PCA和LDA等降维方法，BP和SVM等分类算法。
二、语音情感识别的分类算法研究语音情感识别的分类算法是根据提取的特征进行分类的过程，其准确性和有效性也是整个语音情感识别关键环节。
目前，主要的分类算法包括统计学习算法和深度学习算法两大类。
1.统计学习算法统计学习算法主要是将语音特征数据以某种方式进行统计分析和学习，如SVM、Naive Bayes、KNN、C4.5和Decision Tree等算法。
其中，SVM具有高精度、风险低和泛化能力强等优点，并在现代模式识别领域中占据着重要地位。
2.深度学习算法深度学习算法主要是基于神经网络和深度学习模型，进行特征学习和优化，包括DNN、RNN、CNN、LSTM和GRU等算法。
语音情感识别中的情感特征提取算法研究
语音情感识别中的情感特征提取算法研究近年来，随着人工智能技术的不断发展，情感识别成为了一个备受关注的热门话题。
而在语音情感识别中，情感特征提取算法是实现精准识别的关键。
本文将围绕这一主题展开讨论。
一、语音情感识别的意义和挑战随着社交媒体的快速发展，语音成为了人们表达情感的重要方式之一。
对于情感识别技术的需求也变得日益迫切。
然而，语音情感识别面临着一系列挑战。
首先，语音是一种非结构化的数据，信息难以被直接提取。
其次，语音信号在录制和传输过程中容易受到干扰，造成数据的不稳定性。
因此，如何有效地提取语音中的情感特征成为了研究的重点。
二、基于语音信号的情感特征提取算法在语音情感识别中，研究者们提出了多种基于语音信号的情感特征提取算法。
其中，常用的算法包括音频频谱分析、语音能量计算和基频提取等。
这些算法通过量化和分析语音信号中的频率、幅度和时域等特征，进而提取出与情感相关的特征信息。
例如，高频成分和音量增加往往与愤怒情绪有关，而较低的音频频率和音量则与悲伤情绪相关。
除了传统的特征提取算法，近年来，深度学习技术的兴起也给语音情感识别带来了新的突破。
深度学习在图像和语音等领域取得了许多成功的应用。
在语音情感识别中，研究者们使用深度神经网络对语音信号进行特征提取和情感分类。
通过多层次的神经网络模型，可以更准确地捕捉到语音信号中的细微特征，并实现更准确的情感识别。
三、情感特征提取算法的优化尽管已有许多情感特征提取算法被提出，但仍存在一些问题。
首先，语音数据具有很高的维度，导致特征维数过高，难以处理。
其次，传统的特征提取算法往往过于简单，无法捕捉到语音信号中的复杂情感信息。
因此，如何优化情感特征提取算法成为了研究的重点。
为了优化情感特征提取算法，研究者们提出了一系列新的方法。
例如，结合降维算法和特征选择算法，可以有效地降低数据的维度，并选择最具代表性的特征。
此外，通过引入深度学习和自然语言处理等技术，也可以提高情感特征提取的准确性和效率。
语音识别中的特征提取和模型训练技术研究
语音识别中的特征提取和模型训练技术研究语音识别是指通过计算机技术对人类语音信号进行自动识别，在语音识别技术的研究中，特征提取是非常重要的一个环节，而模型训练则是实现语音识别的核心技术之一。
一、特征提取特征提取是将语音信号转换为机器可识别的特征参数的过程。
语音信号是一种时间序列信号，需要对信号进行分析和处理，主要有两个方面的内容：时域特征和频域特征。
时域特征包括基音周期、能量、过零率、短时平均幅度等；频域特征包括倒谱系数、线性预测系数等。
常见的特征提取方法有短时傅里叶变换（STFT）、梅尔倒谱系数（MFCC）等。
其中，MFCC 特征提取方法是最常用的方法之一，它可以很好地处理语音信号的宽频带特性，有效地减少了不必要的噪声和冗余信息。
二、模型训练模型训练是指通过大量有标注的语音数据来训练一种具有泛化能力的语音模型。
模型训练主要分为三个步骤：数据集准备、模型构建和学习，以及性能测试。
1.数据集准备语音模型的训练需要大量的语音数据，因此需要生成或采集一定数量的语音数据，并进行标注。
语音数据的标注需要有人工标注或者自动标注两种方式，人工标注需要人工录入标注信息，自动标注则可以通过一些特定算法来实现。
2.模型构建与学习在语音模型的构建过程中，需要选择合适的模型结构和训练算法。
常见的模型结构有隐马尔可夫模型（HMM）、循环神经网络（RNN）等。
HMM 是最常用的模型结构之一，它通过将语音信号看作一系列离散状态的观测序列，学习这些状态之间的转移概率和观测概率。
RNN 可以很好地处理时序数据的连续性和相关性，具有更好的建模能力。
在模型学习过程中，需要选择合适的优化算法和损失函数，其中常用的优化算法有随机梯度下降法（SGD）、自适应随机梯度下降法（AdaGrad）、动量算法（Momentum）等，常用的损失函数有交叉熵损失函数、均方误差（MSE）损失函数等。
3.性能测试在模型训练完毕后，需要进行性能测试，以评估模型的准确性和泛化能力。
基于深度学习模型的语音特征提取方法研究
基于深度学习模型的语音特征提取方法研究基于深度学习模型的语音特征提取方法的研究在语音识别和语音情感识别等领域具有重要意义。
深度学习模型能够自动学习数据中的抽象特征，并在各种任务中取得了令人瞩目的成果。
本文将介绍几种常用的基于深度学习的语音特征提取方法，并对比其优劣之处。
第一种方法是基于深度神经网络（Deep Neural Network，DNN）的特征提取方法。
DNN是一种多层神经网络，可用于非线性特征的抽取。
在语音识别中，传统的特征提取方法（如MFCC）往往需要手工设计特征提取算法，而DNN可以自动学习从原始语音信号到高层次的抽象特征的映射。
该方法的优点是能够捕捉到更多语音信号的细节，但需要大量的标注数据和计算资源来训练和使用模型。
第二种方法是基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network，CNN）的特征提取方法。
CNN是一种能够自动学习图像和语音等信号中局部模式的模型。
在语音特征提取中，CNN可以通过卷积操作捕捉到语音信号中的短时频谱模式。
相比DNN，CNN的参数共享特性减少了需要学习的参数数量，从而减少了模型训练过程的计算量。
然而，CNN在应对变长输入时存在一些问题，需要使用池化层或全局平均池化来解决这个问题。
第三种方法是基于循环神经网络（Recurrent Neural Network，RNN）的特征提取方法。
RNN是一种递归的神经网络，可以处理序列数据。
在语音识别中，RNN可以通过循环连接来建模语音信号的时序特征。
RNN的优势在于能够有效地处理变长输入序列问题，但由于网络结构的限制，难以捕捉到长距离的依赖关系。
第四种方法是基于长短时记忆网络（Long Short-Term Memory，LSTM）的特征提取方法。
LSTM是一种特殊的RNN，能够有效地解决RNN中的梯度消失和梯度爆炸问题。
在语音特征提取中，LSTM可以更好地捕捉到语音信号中的长时依赖关系。
LSTM已经在语音识别和语音情感识别等任务中取得了很好的效果。
声学特征提取算法在语音识别中的应用研究
声学特征提取算法在语音识别中的应用研究语音识别是一项重要的技术，它可以将人类的语音信息转化为可供计算机处理的数字信号。
在语音识别的过程中，声学特征提取算法起着至关重要的作用。
本文将探讨声学特征提取算法在语音识别中的应用研究。
声学特征提取算法是将语音信号转化为一组数值特征的过程。
这些特征能够反映出语音信号的频率、能量、时域和频域特性。
声学特征提取算法的目标是提取出具有辨别能力的特征，以便于后续的语音识别过程。
在语音识别中，常用的声学特征提取算法包括MFCC（Mel频率倒谱系数）、LPCC（线性预测倒谱系数）、PLP（感知线性预测系数）等。
这些算法都是基于对语音信号的频谱特性进行分析和提取的。
MFCC是一种广泛应用的声学特征提取算法。
它通过将语音信号分帧、进行傅里叶变换、对频谱进行滤波和取对数等步骤，得到一组能够反映语音特征的系数。
MFCC具有对人耳感知的声音特性更敏感的优势，因此在语音识别中得到了广泛的应用。
LPCC是另一种常用的声学特征提取算法。
它通过对语音信号进行线性预测分析，得到一组反映语音信号频谱特性的系数。
LPCC算法相对于MFCC算法而言，更加注重语音信号的时域特性，因此在一些语音识别任务中表现出更好的性能。
除了MFCC和LPCC之外，PLP也是一种常用的声学特征提取算法。
PLP算法在MFCC的基础上引入了人耳感知的非线性特性，通过对语音信号的预加重、滤波和非线性变换等步骤，得到一组能够更好地反映语音特征的系数。
声学特征提取算法在语音识别中的应用研究主要包括两个方面：特征选择和特征优化。
特征选择是指在语音识别任务中选择最具有辨别能力的特征。
传统的特征选择方法主要基于经验和直觉，通过观察和分析语音信号的频谱特性，选择能够有效区分不同语音的特征。
近年来，随着机器学习和深度学习的发展，特征选择方法也逐渐向基于数据驱动的方法转变，通过训练和优化模型，选择出最具有辨别能力的特征。
特征优化是指在已有的特征基础上，通过优化算法提升特征的辨别能力。
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切比雪夫滤波器的振幅平方函数为：
A(Ω
2)
=
|
Ha
(jΩ
)
|2
=
1
+
ε2V
1
2 N
(
Ω
Ωc)
（4）
式中：Ωc为有效通带截止频率；ε 表示与通带波纹有关
的参数；VN(x) 是 N 阶切比雪夫多项式，定义为 ：
{ VN(x) =
cos(N arccos x), |x| ≤ 1 cosh(N arccos x), |x| > 1
2004. [6] 王彪 . 一种改进的语音信号特征参数提取算法研究[D]. 宝鸡：
宝鸡文理学院，2011. [7] 俞翠华 . 含噪语音信号的基音提取算法的研究[D]. 南京：南京
（5）
式中：N 为偶数时，得到最小值
| | Ha(jΩ)
2 Ω=0
=
1 1 + ε2
；N 为
奇数，得到最大值，| H
a
(jΩ
)
|2
Ω
=
0
=
1
。
1.3.2 语音信号的高通滤波
为了使采集到的语音信号通过切比雪夫⁃Ⅱ型数字
高 通 滤 波 器 ，设 计 其 性 能 指 标 为 ： ωp = 0.6π, ωs = 0.975π,Rp = 0.25 dB,As = 50 dB。然 后 采 集 到 的 信 号如图 4 所示。
摘 要：语音作为一种搭载着特定的信息模拟信号，已成为人们社会生活中获取信息和传播信息的重要的手段。语音
信号处理的目的就是在复杂的语音环境中提取有效的语音信息。环境干扰在语音传播过程中对信号的影响不容小觑，因此
语音信号处理的抗噪声能力已经成为一个重要的研究方向。Matlab 的应用有着广泛的领域，在信息处理领域其强大的数据
处理能力可以将非平稳时变的语音数据转换为离散的数据，然后可对离散数据进行分析或者做进一步运算处理。它的信号
处理工具箱可以迅速、有效地实现语音信号的处理和分析，Matlab 是适用于信号处理领域的强大的处理工具。在此运用
Matlab 对一段包含有环境噪声的语音进行傅里叶变换、时域和频域分析、提取部分语音信号及分析信号的处理。
到语音信号对比可知，通过低通滤波后，提取到的语音 频率更加集中分布在 500~1 000 Hz 范围内。由于低频 分量被低通滤波器保留，高频分量被衰减，语音听起来 有些发闷、低沉；但由于背景噪声被滤除，语音中包含的 信息仍能被人耳分辨，提取到的语音辨识度较高。通过 高通滤波后，人声频率无法达到足够高的频率，不能通 过高通滤波器，所以提取到的语音信号听不到人的声 音。带通滤波后，大部分语音被滤除，只有部分语音频 率可被提取到，滤波后声音有点像儿童发出的声音，提 取到的语音信息人耳辨别困难。带阻滤波后，在语音中 只有部分频率被滤除，提取到的声音听上去比较混浊。
Keywords：Matlab；voice signal；Fourier transform；signal processing
0引言
语言作为传播信息的工具，其最主要的表现形式是 语音，语音为交际和思维提供了比文字更为便捷的方 式。人类的语言起源于语音，由语音开始逐渐演变为文 字，而不是先有文字后有语音。语音是由人类声带发出 具有社会功能的特殊声音，语音是语言符号的载体，对 信息的传递起着重要的推动作用。如果没有了语言，人 们也就失去了交换思想和实施社会活动独特的功能，几 千年的人类文明史将难以创造和继承。伴随着科技的 发展，人们对信息的传播速度及质量要求越来越高，通 过现代语音信号处理技术的研究和探索，可以让人们语 音信息的产生、传输、存储、检索更有效率。信号处理的
（College of Automation Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071，China）
Abstract：Speech signal processing is to extract the effective speech information from the complex speech environment. The influence of environmental interference in speech communication process on the speech signal should not be underestimated，so the anti⁃noise ability of speech signal processing has become an important research direction. Matlab has a powerful data processing capacity in the information processing field and can convert the nonstationary time ⁃ varying audio data into discrete data，and then performs discrete data analysis or further processing. Its signal processing toolbox can quickly and effectively achieve the processing and analysis of speech signal. It is a powerful processing tool in the signal processing field. For a piece of speech con⁃ taining environment noise，Matlab was used to do Fourier transform，time domain and frequency domain analysis，extraction of partial speech signal and analysis of signal characteristic.
采集数据并画出波形图，整段音频的时域波形高低 起伏与录入的声音信号基本一致，由该语音信号波形图 可以大致分析出振幅主要分布在 0~1 之间，声调有高有 低，含有高频和低频成分，时长 3 s，如图 1 所示。
1.3 语音信号的滤波 如图 2 所示，使用 Matlab 采集到的语音信号中含有
嘈杂的噪声，这些背景噪声频率一般较高。为了进一步 提取到有效的语音信息，使用各种滤波器对采集的语音 进行滤波 ，分析利用各个滤波器提取到语音信息的 质量。
1 语音信号的处理设计
Matlab 可以方便地实现模拟信号转换为数字信号， 快捷地实现傅里叶、倒谱等计算，使设计处理语音的速 度更为高效，提取语音的效果更明显易懂。语音信号处 理分为三个步骤来进行：第一步是采集语音信号，对其 进行傅里叶变换、倒谱；第二步是将采集到的语音通过 设计好的巴特沃斯型滤波器和切比雪夫滤波器滤波。
2结语
本文构建了一个基本的语音信号处理系统，经过测 试运行，完成了对语音信号的采集，通过 FFT 变换得出 了语音信号的频谱图和频谱的分析，并运用滤波、倒谱 等数字语音处理技术，最后再对提取到的语音信息进行 效果分析和比对。设计主要是从数字滤波器入手来设 计滤波器，提取了自定义频段内的语音信号，同时比较 各种滤波器对语音信号的影响，为如何有效除噪提供了 良好的方法。
∫ F(ω) = Ƒ[(t)] =
+∞ -∞
f (t)e-jωtdt
傅里叶逆变换：
（1）
∫ f (t) = Ƒ-1[F(ω)] =
1 2π
+∞ -∞
F(ω)e
jωt
dω
倒频谱函数：
（2）
C(q) = | Ƒ ·-1 log(s( f ))|2
（3）
式中：（s f）是信号 （s t）的傅里叶变换。
图 3 低通滤波前后信号变化
1.2 语音信号的倒谱 倒谱分析[2]，其可以采集到频谱包络信息用来表现
音韵的特征参数，也可以采集到细微的结构信息。声道
特性和声门特征可以通过频谱分析得到有效的参数，这
些参数的获取可以通过语音来精确地分辨一个人。对
语音信号进行频谱分析，可以提取到声道和声门参数，
以便通过声音来区分不同的人。倒谱分析在各类信号
Ωc
=
0.707，即
20
lg|
Ha(jΩ
)
|2
Ω
=
Ωc
=
3
dB，| Ha(jΩ)|2
随着阶次
N
的增大而
更接近于理想低通滤波器，| Ha(jΩ)|2 是 Ω 的单调下降
函数。
让采集到的语音信号通过巴特沃斯带通滤波器，带
通滤波性能指标为：N=5；ωc=[0.1，0.3]；信号通过此滤波 器后仿真图如图 5 所示。
10
现代电子技术
2016 年第 39 卷
第三步根据经过滤波处理后提取到语音信号的质量对 滤波器提取信息的有效性进行分析。 1.1 语音信号的提取
首先需要采集到音频信号“啊欧，你有新的消息请 注意查收”，同时语音中也包含些许背景噪声，这对信息 的提取和传递性产生了一定的影响，获取信号的采样频 率为 22 500 Hz。
注：本文通讯作者为卜庆凯。
参考文献
图 5 带通滤波前后信号变化
1.3.4 语音信号的带阻滤波 对采集到的语音信号运用巴特沃斯数字带阻滤波
器[2]进行过滤提取，结果如图 6 所示。
图 6 帯阻滤波前后信号变化
在频谱图中此次采集到的语音能量分布比较分散， 其中语音也包括背景噪声。由各种数字滤波器提取得
[1] 张雄伟，陈量，吉斌，等 . 现代语音处理技术及应用[M]. 北京： 机械工业出版社，2003.
第4期
朱佰泽，等：语音信号特征提取算法研究
11
图 4 高通滤波前后信号变化