基音周期检测ACF算法及MATLAB仿真

语音信号 （ ） ｎ 的某帧信号的短时平均能量 的 定义为 ：
收稿 日期 ： １ ２ ０—１ ０ ２—２ ５
自相关 函数中产生一个 峰值 ， 而当该 峰值又可以 同基 音频率的峰值相 比拟时 ， 从而会 给基音值检测带来误
．
８ ． ６
Ｅ ＝ ［ ｍ ｘ ＋ ］ （ ） （ ｍ） ＝∑ （ ） ｍ
一
就被称为一“ 。 帧” 一般要采用交叠分段 的方法 ， 这是 为了使帧与帧之间平滑过渡 ， 保持其连续性。前一帧
段具体的语音信号进行滤波、 采样、 分帧、 求短时 自
窗口长度的选择非常重要 ， 窗长过短会使得分析窗内
相关函数 ， 较准确地得到浊音语音信号的基音周期。
２ 基 于 自相关 函数 的基音周 期 检测原 理
变化轨迹 曲线 ， 或者是尽量相吻合 的轨迹 曲线。因为 它的重要性 ， 基音的检测提取一直是一个研究 的课题。 为此提出了各种各样的基音检测算法 ， 自相关 函数 如
工频的干扰 ； 高端截止频率设 为 ９０ ｚ ０Ｈ 既可除去大部
能保留其一二次谐波。 ２ ２ 分帧 ．
分共振峰影响 ， 又可 以当基音最高频率为 ４０ ｚ ５ Ｈ 时仍
６ — ０ Ｈ 的带通滤波器对语音信号进行滤波 ， ０ ９０ ｚ 并利
用滤波后的 自相关函数来进行基音估计。将滤波器低
端截止频率设为 ６ Ｈ ， ０ ｚ这是 因为可 以抑制 ５ Ｈ 电源 ０ｚ
基音周期检测也称为基频检测 （ ｉｈＤ ｔ ｔｎ ， Ｐ ｃ ｅ ｃｏ ） ｔ ｅｉ 它的目标是找出和声带振动频率完全一致 的基音周期
．
（） １
ｔｍ ０ｍ 其 值 ｏ ） ，：它 （ ｉ
ｆ ，ｍ＝ １ ０一（ 一１ Ⅳ ）
（ ２ ）
…
其 中， ＝ ，Ｔ ２ ， 并且 Ⅳ为帧长 ， 为帧移 ｎ ０ Ｉ ，Ｔ …，
长度 。 由式 （ ） 明 ， １表 短时 平 均 能量 相 当于将语 音
信号的平方通过一个单位 冲激 响应为 （， １ 的线性 １ ） 滤波 器 的输 出。实验 统 计 发 现 ， 音 中浊 音 段 的短 时 语
指导等。因为汉语是一种有调语 言， 基音 的变化模式
图 １ 基 于 自相 关 函 数 的基 音 检 测 流程
差。为了克服这个困难 ， 最常用 的方法是用一带宽为
称为声调 ， 它携带着非常重要的具有辨意作用的信息 ， 有 区别意义的功能 ， 以， 所 基音的提取和估计对汉语更
是一个十分重要的问题。
肖正 安
（ 北第二 师 范 学院 物理 与 电子信 息 学院 ， 汉 ４００ ） 湖 武 ３ ２５
摘 要 ： 文在对 自相 关基音检测 算法进行 分析 的基础上 ， 本 对此算 法进行 了深入 探讨 ， 针对 具体 实例 ， 考虑到检测准确度
和检 测速率 两方 面的 因素 ， 引入 了三电平削波及 中值平 滑， 设计 了基 于 Ｍａａ ｔ ｂ的估计方 法； ｌ 经验证 ， 得到 了比较 准确 的浊
没有包含足够的数据点来进行 周期判断 ， 且短时能量 变化剧 烈 ； 窗长过 长 ， 时 能 量 是一 段 长 时 间 的平 均 ， 短
采用 自 相关 函数基音周期检测流程如 图 １ 所示 ， 共包括六个模块 ： 带通滤波 、 采样 、 分帧、 时能量分 短
不但不能反映语音信号基频 的细节变化部分 ， 而且使
１ 引言
基音是指发浊音 时声带振动所引起的周期性 ， 而 基音周期是指声带振动频率的倒数 。基音周期是语音 信号最重要的参数之一 ， 它描述 了语音激励源 的一个 重要特征。基音周期 信息在多个 领域有着 广泛 的应 用 ， 语音识别、 如： 说话人识别、 语音分析与综合以及低 码率语音编码、 发音系统疾病诊断、 听觉残障者的语言
２１ ０ １年 ２月
湖北第二师范学 院学报
Ｊｕ ｎｌｏ ｂ ｉＵｎｖ ｒｉ ｆ ｕ ａ ｏ ｏ ｒａ ｆＨｕ ｅ ｉｅｓｔ ｏ ｃ ｔ ｎ ｙ Ｅｄ ｉ
Ｆ ｂ ２ ｌ ｅ．Ｏ １ Ｖ０ ． ８ ＮＯ ２ １２ ｏ
第 ２ 卷第 ２期 ８
基音 周 期 检 测 Ａ Ｆ算 法及 ＭＡ Ｌ Ｂ仿 真 Ｃ ＴＡ
平均 能量 远远 大于 清 音段 的短 时平 均 能 量 。因此 ， 短
时平均能量 的计算给出了区分清音段与浊音段 的 依据 ， （ 即 浊） ＞ ｎ 清 ） Ｅ（ 。 ２４ 自 ． 相关 函数
图 ３ “ 乐 ” 域 波 形 图 快 时
ｔ ｘ ：１ ； ｈｍ ｉ （ ） ％使用海明窗 ＝ （ ，） ｈ＝ ａ ｍ ｎ Ｎ ； ｇ Ｅ ｃｎ （ ， ｔ； ｎ＝ ｏｖ ｈ ｔ ） ％做卷积运算求短时能量 ． Ｆｇｒ；ｌ （ ｎ ；＝ ｉ ｅｐｏ Ｅ ） ｇ ｄ％ 画 图 ｕ ｔ 运行该程序后得到各采样点的短时能量如图 ４ 所 示 。从图中可以看 出 Ｅ 值大的对应于浊音， Ｅ 值 ｎ 而 ｎ 小的对应于清音 ， 由此可以大致判断浊音变为清音或
倍 ， 般 窗长选 为 １ｍｓ ２ｍｓ 一 ０ 一０ 。 ２３ 短 时能量 分析 ．
得计算量增大。窗 口长度至少要大于基音周期的两
析、 相关计算、 自 基音周期估计 。
２ １ 带通 滤波 ．
பைடு நூலகம்
由于在某些浊音 中， 第一共振峰频率可能会等于
或低于基音频率。此 时， 如果其幅度很高 ， 它就可能在
音 语 音 的基 音 周 期 。 关键词 ： 音检测 ； 基 自相 关 函数 ； 电 平 削 波 三
中图分类号 ：Ｎ １． Ｔ ９ ２３
文献标识 码： Ａ
文章编号 ：６ ４ １７ ３ ｘ（０ １０ － ８ －３ ２ １ ）２０ ６０ ０
作者简介 ： 肖正安 （９ ６一） 男， １７ ， 湖北钟祥人 ， 师， 士 ， 究方向为数 字信号 处理及通信 电子线路 。 讲 硕 研
短时分析将语音流分为一段一段来处理 ， 每一段
（ Ｃ ） 、 值 提 取 算 法 （ Ｐ 、 均 度 差 函数 ＡＦ 法 峰 Ｐ Ａ） 平
（ Ｍ Ｆ 法、 Ａ Ｄ ） 并行处理技术 、 倒谱法 、Ｉ 、 图法、 ＳＴ谱 Ｆ 小 波法等等。本文在对 自相关基音检测算法基本原理进 和后一帧的交叠部分称为帧移 。帧移与帧长的比值一 １２ 行分析的基础上 ， 引入了三电平削波模块 ， 然后通过对 般取为 ０— ／ 。分帧时需对语音信号进行加窗操作 ，