一种改进的语音信号特征参数提取算法研究

ｔｅｎ ｗ ａｕ ｅｐ ｒｍｅｅ ｂａｎ ｉｈｒｃ ｇ ｉｏ ａｅｔｒｕ ｈｔ ｅｓｍｕａｉｎｅ ｐ ｒ ｎｓ ｈ ｅ ｆ ｔｒ ａａ ｔｒ ｏ ｔｉｓ ｇ ｏ ｎｔ ｎｒｔ ｏ ｇ ｉ ｌｔ ｘ ｅ ｍｅ ｔ． ｅ ｓ ｈ ｅ ｉ ｈ ｈ ｏ ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｆ ａｕ ｘ ｒ ｃｉｎ；ｓ ｏ ・ ｍｅ ｅ ｅ ｇ ；ｓ ｏｔｔ ｅ ｏ ｃ ｓ ｉ ｇ ｒｔ ；ＭＦ ｙ ｗｏ ｄ ： ｅ ｔ ｒ ｅ ｔａ ｔ ｅ ｏ ｈ ｒ ｔ ｎ ｒ ｔ ｉ ｙ ｈ ｒ— ｍｅ ｚ ｒ － ｒ ｓ ａｅ ｉ ｏ ｎ ＣＣ；ｓ ｅ ｃ ｉ ａｓ ｐｅｈｓ ｎ ｇ ｌ
心 频 率 在 Ｍｅ 频 率 轴 上 是 均 匀 分 布 的 。在 线 性 频 率 上 ， ｍ ｌ 当
较小时 ， 相邻的， 间隔很小 ， ｍ 随着 ｍ的增加 ， 相邻的 间隔逐
渐 拉开 。另外 在频率较低 的区域 和， 间有 一段是线性 的。 之 语 音 信 号 ＭＦ Ｃ参 数 的计 算 步 骤 ［ 述 如 下 ： Ｃ ４ １ 简 首 先 ， 算 每 帧 信 号 的 离 散 功 率 谱 Ｓ ｎ ； 次 ， Ｓ １ 计 （）其 求 （） ７ ， 和 （ ） 各 离 散 频 率 点 上 的 乘 积 之 和 ， 此 基 础 上 可 以 得 ｎ在 在 到 个 参 数 Ｐ ， － １ … ， — ； 次 ， 尸 进 行 取 对 数 运 ｍｍ－ ， ｌ 再 － Ｏ， 对 ｍ 算 ， 得 到 其 自然 对 数 Ｌ ， ０ １ … ， １ 接 下 来 对 每 个 自 可 ｍ＝ ， ， Ｍ一 ； 然 对数 进行 离散 余 弦 变换 ， 得 到 Ｄ ， ０ １ … ， ｌ 最 后 ， 将 ｍｍ＝ ， ， ；
第 １ ９卷 第 ２ 期 １
Ｖｏ ． ９ １１ Ｎｏ２ ．ｌ
电子设 计 工程
Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｔｏ ｉ ｓｇ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
２ １ 年 １ 月 ０１ １
ＮＯ ．２ １ Ｖ ０１
一
种 改进的语音信号特征参数提 取算 法研 究
频 率 的 转 换 关 系 是
的是 其 动 态 特 征 。 前 面 的 语 音 信 号 ＭＦ Ｃ参 数 仅 仅 反 映其 而 Ｃ
－５ ・ｌ ） ２９ ｌｈ ５ｇ
（ ４ ）
静 态 特 性 ， 显 然不 太 合 适 。 因 此 要 得 到 语 音 信 号 的 动 态 特 这 性 ，一 般 的方 法 是 通 过 差 分 倒谱 参 数 来 描 述 这 种 动 态 特 性 。
号 中 无 用 的冗 余 信 息 。 随 着 语 音 识 别 技 术 的 不 断 发 展 。 域 时 特 征 参 数 的种 种 不 足 逐 渐 暴 露 出 来 ， 这些 特 征 参 数 缺 乏 较 如
一
种 新 参 数 ， 过 实 验 验 证 。 具 有 比 ＭＦ Ｃ 参 数 更 高 的 准 经 它 Ｃ
语音信号是一 种短时平稳信 号 ， 时变的 ， 分复 杂 ， 即 十 携 带很多有用 的信息 ， 这些 信 息 包 括 语 义 、 人 特 征 等 ， 特 征 个 其 参 数 的准 确 性 和 唯 一 性 将 直 接影 响 语 音 识 别 率 的 高 低 。 且 并 这也是语 音识别的基础【 １ １ 征 参 数 应 该 能 够 比较 准 确 地 表 。特 达 语 音 信 号 的特 征 。 有 一 定 的 唯 一 性 。 具 上世纪 ４ Ｏ年 代 。ｏｅ 等 人 提 出 了 “ｉｂｅｐｅｈ 的概 ｐｔ ｒ ｔ ｖｓ ｌｓｅｃ ” ｉ 念 。 出语 谱 图 对 语 音 信 号 有 很 强 的 描 述 能 力 ， 且 试 着 用 指 并 语 谱 信 息 进 行 语 音 识 别 ， 就 形 成 了 最 早 的语 音 特 征 。 到 这 直 现 在 仍 有 很 多 的人 用 语 谱 特 征 来 进 行 语 音 识 别 闭 。后来 ， 们 人 发 现 利 用 语 音 信 号 的时 域 特 征 ， 以从 语 音 波 形 中 提 取 某 些 可 反 映 语 音 特 性 的 参 数 ， 如 ： 度 、 时 帧 平 均 能 量 、 时 帧 比 幅 短 短 过零 率 、 时 自相 关 系数 、 均 幅 度 差 函数 等 。这 些 参 数 不 但 短 平 能 减 小 模 板 数 目 、 算 量 及 存 储 量 ， 且 还 可 以 滤 除 语 音 信 运 而
１ ． 短 时 平 均 过 零 率 ２
短 时平 均 过 零 率 翻 每 帧信 号 通 过 零 值 的 次 数 ， 在 一 定 指 可
程 度 上 反 映语 音 信 号 （ ｝ 谱 性 质 。其 定 义 如 下 ： ）的频
好 稳 定 性 。 区分 能 力 不 好 。 于 是 频 域 参数 开 始 作 为 语 音 信 且 号 的 特 征 ． 如频 谱 、 振 峰 等 。 比 共 为 了提 高语音 识别 率 ，语 音信 号 的特 征 参数 要满 足 一定 的
ＭＦ Ｃ参 数 的计 算 是 以“ａｋ 为其 频 率 基 准 的 ， 和线 性 Ｃ ｂｒ ” 它
作 者 简 介 ： 彪 （９ ２ ） 男 ， 津人 ， 士 ， 王 １８ 一 ， 天 硕 助教 。研 究 方 向 ： 网络 通 信 与 多媒 体 。
－
５ － ９
《 电子设计 工 程）０ １年 第 ２ 期 ２１ １
确 率 。 定 程 度 上 提高 了语 言信 号 的识 别 率 。 一
１ 相 关 理 论 介 绍
１１ 短 时 能 量 ．
短 时 能 量 １ 语 言 信 号 强 度 的度 量 参 数 ， 映 语 音 信 号 ３ ］ 是 反
的幅度变换 。
语 音 信 号 （ ）的 短 时 能 量 定 义 为 如 下 的 表 达 式 ： ｎｌ
新 特 征 参 数 的第 ３到 ２ ６列 。 ２２ 改进 特 征 参 数 的理 论 依 据 ． 文 中选 取 ＭＦ Ｃ参 数 与 短 时能 量 、短 时 过 零率 构 成 组 合 Ｃ 参数 的理 论 依 据 如 下 ：
上 式 中 ， 波 器 的 数 量 用 肘 表 示 ； 一 帧 语 音 信 号 的 点 滤 每 数 用 Ｊ表 示 ， ７ 、 ｒ 从计 算 简便 的 角度 考 虑 ， 一 般 为 ２ ６点 。选 取 Ⅳ ５ 在 频 域 上 为 简单 三 角 形 的滤 波 器 是 其 中 心 频 率 ，这 些 中 厶
功 率 谱 。因 此 ， 计 算 之 前 要 在 前 面 总结 的汉 语 语 音 频 谱 范 在
围 内设 置 一 定 数 量 的 滤 波 器 ： Ｈ （）ｍ＝ ， ， ， 一 ，＝ ，， ， 一 ｎ ， ０ １ … 』 １ｎ ０ １ … 一 １ ｌ ｆ
＼ ／
式 （ ） ， 常 数 ， ｄ为 一 帧 语 音 信 号参 数 。 ７ 中 ｋ为 ｃ和 按 此 公式 计 算 一 次 将 得 到 一 阶 Ｍ Ｃ Ｆ Ｃ参 数 ，计 算 两 次 得 到 二 阶 差 分参 数 ， 次 类推 ， 依 计算 ｒ次 ， 得 到 ｎ阶差 分 参 数 。 ｔ 将 文 中分 别 计算 语 音 信 号 ＭＦ Ｃ参 数 及 其 一 阶差 分 参 数 。再 将 Ｃ 二者合并 ， 成一个 ２ 构 ４列 的特 征 向量 ， 其 作 为 语 音 信 号 的 将
收 稿 日期 ：０ ｌ ０ — ０ ２ １一 ９ １ 稿 件 编 号 ：０ １ ９ ６ ２ １０ ０ ３
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（ ３ ）
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１ Ｍ ｅ 尺 度 倒 谱 参 数 ． ３ Ｉ
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（ ｔｅ ａｉ ｅ ａｔ ｎ， ａ ｉ ｎｖｒｉ ｒ ｎ ｃｅｃｓ ｎ ｏ ２ ０ ３ Ｃ ｉａ Ｍａ ｍ ｔ ｓ ｐ ｒ ｔ Ｂ ｏ ｉ ｓｙｏ ｔ ａｄＳ ｉ ｅ ， ａｊ ７ １ １ ， ｈｎ ） ｈ ｃＤ ｍｅ ｊ Ｕ ｅ ｔ ｆＡ ｓ ｎ ｉ
计 算 ＭＦ Ｃ参 数 要 按 帧 计 算 ，首先 对 语 音 信 号 进 行 傅 里 Ｃ
叶 变 换 得 到 其 功 率 谱 Ｓ ｎ ， 后 将 其 转 化 为 Ｍｅ 频 率 ［ 的 （ ）然 ｌ ４ １ 下
处 理 办 法 可 以 用 下 面 的 公式 来 求 得 差 分 参 数 ：
ｄｎ＝ （）— ・ （ ） ｃｎ （） ７
＝
∑ ｌ ［ｍ］ｇｘ 一）ｌ（ ｍ ｘ ）ｓ［ｍ１ ｎ ） ｓ （ 一ｎ（ １ — ｎ ｇ ∑ Ｉｎ ）ｓ［（一）Ｉ ［（ 卜ｇｘｍ１ ｓ ｘｍ ｎ ｏ 】 ｇ （ ２ ）
要求 ： 特征参数要能够较为有效地反映语音信号பைடு நூலகம்有用信息 ， 并
且 不 互相 影 响 。 计算 要 简单 快捷 ， 还要 具有 一定 的 唯一 性 。
得 了较 高 的识 别 率 。
关 键 词 ：特 征 提 取 ； 时 能 量 ； 时过 零 率 ； Ｃ 语 音 信 号 短 短 ＭＦ Ｃ；
中 图分 类 号 ： １３ １ １Ｐ ｌ
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：１７ — ２６ ２ ｌ ） １０ ５ — ３ ６ ４ ６ ３ ｛０ １２ — ０ ９ ０
Ｅ ∑［ｍｔｎｍ】 ∑ｘｍｈ — ）ｚ ） （ （） ｎ ｘ ）（ ） ＝ （ ｏ — ： Ｚ ）ｎ ＝（ ・ｎ １ ＝ （ （ ｍ ｍ ＾ ）
其 中 ， ｎ 为 线 性 滤 波 器 的 单 位 冲 击 响 应 ， ｈ（ ） ｈ（ ） 且 ｎ＝
∞ （ ） 表示 在信 号 的第 ｎ个 点 开 始 加 窗 函数 时 的短 时 能 量 。 ｚｎ ，
其 中 ， ［是符号 函数 ， ｓ ］ ｎ ｇ 即
笔 者 提 出 了一 种 新 的 特 征 参 数 。 在 Ｍｅ 尺 度 倒 谱 参 数 它 ｌ （ ｅ． ａｅ ｅ ｓ ｕ Ｃ ｅ ｉ ｅｔ， 称 ＭＦ Ｃ参 数 ） 基 础 上 Ｍ １ ｃｌｄＣ ｐｔ ｍ ｏｆｃ ｎｓ简 ｓ ｒ ｉ Ｃ 的 加 入 了 语 音 信 号 的 短 时 能 量 和 短 时平 均 过 零 率 信 息 ， 造 了 构
王 彪
（ 宝鸡 文 理 学院 数 学 系 ，陕 西 宝 鸡 ７ １ １ ） ２０ ３
摘 要 ： 了提 高语 音 信 号 的 识 别 率 ， 出 了一 种 改 进 的 语 音 信 号 特 征 提 取 算 法 。 算 法在 ＭＦ Ｃ 参数 的基 础 上 ， 加 为 提 该 Ｃ 增 每 帧信 号 的短 时 能 量 和 短 时 过 零 率 ， 得 新 参数 能 够 更 为 准 确 地 表 征 语 音 信 号 。 使 通过 仿 真 实 验 ， 明 了新 特 征 参 数 取 说
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｒ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅｓ ｅ ｃ ｅ ｏ ｎｔ ｎ ｒ ｔ ， ｎ ｉ ｒ ｖ ｄ ｓ ｅ ｃ ｉ ａ ａｕ ｅｅ ｔ ｃ ｉｎ ａｇ ｒ ｈ ｉ ｐ ｓ ｎ ｅ ． ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｏ ｄ ｒ ｏｉ ｒ ｖ ｐ ｅ ｈｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｅ ａ ｏ ｅ ｐ ｅ ｈ ｓ ｔ ｈ ｉ ａ ｍｐ ｎ ｇ ｌ ｅ ｔ ｒ ｘｒ ｔ ｏ ｉ ｍ ｒ ｅ ｔ ｄ ｆ ａ ｏ ｌ ｔ ｓ ｅ Ｔ ｅ ｓ ｏ ｔ ｉ ｎ ｒ ｙａ ｄ ｓ ｏ － ｍｅｚ ｒ－ ｒ ｓｉ ｇ ｒ ｔ ｆｅ ｃ ａ ｉ ｎ ｌｂ ｓ ｄ ｏ ＣＣ ｐ ｒｍｅｅ ｓａ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｉ ｈ ｈ ｈ ｒ ｔ － ｍｅ ｅ ｅ ｇ ｎ ｈ ｒ ｔ ｅ ｏ ｃ ｓｎ ａｅ ｏ ａ ｈ ｆ ｍｅ ｓｇ ａ ａ ｅ ｎ ＭＦ ａ ａ ｔｒ ｒ ｎ ｒ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ｒ ｌ ｏｉ ａｇ ｒｔｍ ， ｈ ｃ ｋ ｈ ｅ ａ ａ ｔｒ ａ ｒ ｖ ｄ ｒ ｃ ｕ ａｅ ｒ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔ ｎ ｏ ｅ ｃ ｉ ａｓ Ｉ ｘ ｌｉ ｅ ａ ｈ ｗ ｉｈ ｍａ ｅ ｔｅ ｎ ｗ ｐ ｍｅｅ ｃ ｎ ｐ ｉ ｅ ａ ｍｏ ｅ ａ ｃ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ａｉ ｆ ｐ ｅ ｈ ｓｇ ｌ ． ｔｉ ｅ ｐ ａｎ ｄ ｔ ｔ ｒ ｓ ｏ ｏ ｓ ｎ ｓ ｈ