几种不同基频提取算法的比较研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（ Ｖ ～Ａ Ｌ ＭＤ ． Ｆ） ’
通过对 浊音 的 Ｌ Ｖ—Ａ Ｆ的分析 可 以发现 ， 于 一般 的平稳 性不 好 的浊音 段 语音 ， 它 的短 时周 ＭＤ 对 在
一
５ ９ —
帧长一半 时 ， 自相 关 法 的 精 度 会 下 降 ．本 文 主 要 针 对 时 域 法 中 的 另一 种 算 法 —— 短 时 平 均 幅 度 差
（ ＭＤ 算 法进行 相关 阐述 ． Ａ Ｆ）
１ １ 算 法描 述 ．
‘
为了避 免短 时 自相关 函数 的乘 法运算 ， 究人 员采 用 了一个 简 单 方法 就是 利 用 差值 ， 研 因此 ， 生 了 产
平 方增加 的， 人 们为 了 提高精 度增 大采 样率 ， 而 因此 算法 的实 现需 要较 高 的硬 件 支持 ， 同时 ， 当基 频超 过
［ 收稿 日期】２ １ ０—２ ０ ０—１ ２ ［ 作者简介】马海隆 （９ ７ ）男 （ １７ 一 ， 回族） 甘肃临夏人， ， 主要从事 中文信 息处理 研究
［ 文献标识码］Ａ
［ 文章编号 ］１ ０ ２ ０ （０ ０ ０ —０ ５ 一Ｏ ０ ９— １ ２ ２ １ ｝４ ０ ９ ５
０ 引言
所谓基 音就 是指发 浊 音时声 带振 动的周 期性 ， 倒数 称之 为基 音频 率 ， 其 简称基 频 ． 基频 是语 音信 号
处理中非常重要的参数之一， 一个好的基频提取算法对于高质量的语音合成、 语音识别等语音信号处理 方面的研究都具有十分重要的意义…． 同时， 声音三要素中的音高大小也取决于声音基频的高低， 基音 的变 化模 式成为 声调 ， 因此 ， 基频 提取 算法对 于 语言 的声调 研 究也是 较 为重 要的 一项工 作 ． 但基频 提取
行 了阐述 ， 在分 析 其优 缺 点后 ， 出将 多 种 基 频 检 测 方 法 结 合 能 更 好 地 促 进 基 音 周 期 检 测 的 准确 性 ． 并 提
［ 键 词 ］基 频提 取 ； Ｊ Ｆ 倒 谱 ； 性 预测 残 差 ；１ 变 换 关 Ａ ； 线 ・波 －
［ 中图分类号 】 Ｐ ９ ； ２ ４ Ｔ ３ １ Ｈ １
第 ３ 卷 总第 ８ １ Ｏ期
２ ０１０年 １２ 月
西 北 民 族 大 学 学 报（ 自然科 学 版 ）
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ４ １３ ， ．
Ｊｕｎｌ ｆ ０ｔ ｎ ｅ ｉ ｒ ａｏ ａｔｓＮａｕａ Ｓ ｉ ｃ） ｏｒａｏ ｒ ｗ ｔ ｉ ｒｔ ｆ ｔｎｌｉ（ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ Ｎ ｈ Ｕ ｖ ｓｙ ｏ Ｎ ｉ ｉｅ ｅ
及 时频 混 合 三 个 方 面 ， 并分 别 对 其 中 的 ＡＭＤ ． Ｆ算 法 、 线性 预 测 残 差 倒 谱 算 法 以及 小 波 变 换 的基 频 提 取 算 法 进 行 了比 较
研 究 ， 三种 算 法 分 别在 如 何 准确 判定 语 音 波 形 的 谷值 点 、 音 信 号突 变 以及 语 音 的 消噪 等 不 同 的语 音 信 号处 理 角 度 进 对 语
短 时 ＡＭＤＦ ．
Ｎ 一１ －ｋ Ｉ
（ ）＝ ｋ
ｍ ＝０
｝（ 一 （ ｍ） ｍ＋ｋ ｌ ）
显然 ， 在上 式 中， 是 的 计算 只需 要加 减法 和绝 对值 的运 算 ， 算量 远远 小 于 自相 关 法 ． 了避 Ｆ（） 运 为
免由于 ｋ 值变化过大而引起的判断结果不准确， 究人员对上 式进行了改进， 研 产生了变长度的 Ａ Ｆ ＭＤ
性 的， 在浊 音段很 难精确 地 确定每 个基 音周 期 的起止 位置 ， 时， 形的 峰、 同 波 过零 也 受到共 振峰 结构 和 噪
声等 的影响 ． ④基音 周期 变化 范 围大 ， 基音检 测带 来一 定 的 困难 ｊ 给 ． 自２ 纪 ６ ０世 ０年代 以来 ， 们 已经 提 出了许 多经 典的 基频 提 取 的 算法 ， 致 可 以分 为 三 类 ： 时域 人 大 ①
下 良好 的基百度文库 ．
１ 短 时平均幅 度差 算法 短时 平均 幅度差 算法 是时域 算法 的一 种 ， 比于频域 法和 时频 混 合法来 说 ， 相 时域法 提取 基音 周期 的
算法 简单 ， 计算 量小 ．
自相关 算法 是时域 算 法中较 早提 出的 一种 算法 ， 但这 种 方 法 的复 杂 度是 随 信号 的采 样 率的 提 高 成
Ｄ ｅ ， ０１ ｃ２ ０
几种不 同基频提取算法 的 比较研 究
马海 隆 ， 高 璐 ， 洪 志 于
（ 西北 民族 大 学 中 国民族 信 息技 术 研 究院， 肃 兰 州 ７ ０ ３ ） 甘 ３ ０ ０
、 涛 —瓢 虑 拳
［ 摘
要 】基频提取算法一直是语音信号处理领域 的研 究热点， 文章将 当前 的多种 基频提取 算法分 为时域、 频域 以
算法也 存 在一定 的困难 ， 主要包 括 ： 声 门激励信 号 并不 是 一个 完 全 的周 期序 列 ． 音 的头 、 部 并 不 ① 语 尾 具有声 带振 动那 样的周 期性 ， 特别 是清 音 和 浊音 之 间的过 渡 帧 很 难 判 断它 们是 否是 周期 性 的 ． 很难 ②
从语音 信号 中去 除声道 的影 响直 接取 出仅 和声带 振 动有关 的激 励信 号 ． 由于 语音 信 号本 身 是准 周 期 ③
分析算法， 自相关法（ ｃ ）短时平均幅度差法（ ＭＤ ） ． 如 Ａ Ｆ， Ａ Ｆ 等 ②频域分析算法， 如倒谱法（ ｌ 等 ． Ｃ弹） ③ 时频结 合的分 析算 法 ， 小波 分析 算法 等 ． 如 随着现 代信 息处 理 方法 的发展 ， 基频 提取 算法 也在 不断 的改 进， 在研究过程 中发现， 这些算法都具有不同的优缺点， 文章对时域 中的 Ａ Ｆ算法、 ＭＤ 频域 中的倒谱法 以及小 波分析 法分别 进行 阐述 ， 比较 研 究， 便能够 全 面地 掌 握基 频 提 取 算法 的性 能， 今 后 的研 究打 以 为
通过对 浊音 的 Ｌ Ｖ—Ａ Ｆ的分析 可 以发现 ， 于 一般 的平稳 性不 好 的浊音 段 语音 ， 它 的短 时周 ＭＤ 对 在
一
５ ９ —
帧长一半 时 ， 自相 关 法 的 精 度 会 下 降 ．本 文 主 要 针 对 时 域 法 中 的 另一 种 算 法 —— 短 时 平 均 幅 度 差
（ ＭＤ 算 法进行 相关 阐述 ． Ａ Ｆ）
１ １ 算 法描 述 ．
‘
为了避 免短 时 自相关 函数 的乘 法运算 ， 究人 员采 用 了一个 简 单 方法 就是 利 用 差值 ， 研 因此 ， 生 了 产
平 方增加 的， 人 们为 了 提高精 度增 大采 样率 ， 而 因此 算法 的实 现需 要较 高 的硬 件 支持 ， 同时 ， 当基 频超 过
［ 收稿 日期】２ １ ０—２ ０ ０—１ ２ ［ 作者简介】马海隆 （９ ７ ）男 （ １７ 一 ， 回族） 甘肃临夏人， ， 主要从事 中文信 息处理 研究
［ 文献标识码］Ａ
［ 文章编号 ］１ ０ ２ ０ （０ ０ ０ —０ ５ 一Ｏ ０ ９— １ ２ ２ １ ｝４ ０ ９ ５
０ 引言
所谓基 音就 是指发 浊 音时声 带振 动的周 期性 ， 倒数 称之 为基 音频 率 ， 其 简称基 频 ． 基频 是语 音信 号
处理中非常重要的参数之一， 一个好的基频提取算法对于高质量的语音合成、 语音识别等语音信号处理 方面的研究都具有十分重要的意义…． 同时， 声音三要素中的音高大小也取决于声音基频的高低， 基音 的变 化模 式成为 声调 ， 因此 ， 基频 提取 算法对 于 语言 的声调 研 究也是 较 为重 要的 一项工 作 ． 但基频 提取
行 了阐述 ， 在分 析 其优 缺 点后 ， 出将 多 种 基 频 检 测 方 法 结 合 能 更 好 地 促 进 基 音 周 期 检 测 的 准确 性 ． 并 提
［ 键 词 ］基 频提 取 ； Ｊ Ｆ 倒 谱 ； 性 预测 残 差 ；１ 变 换 关 Ａ ； 线 ・波 －
［ 中图分类号 】 Ｐ ９ ； ２ ４ Ｔ ３ １ Ｈ １
第 ３ 卷 总第 ８ １ Ｏ期
２ ０１０年 １２ 月
西 北 民 族 大 学 学 报（ 自然科 学 版 ）
Ｖｏ ． １ Ｎｏ ４ １３ ， ．
Ｊｕｎｌ ｆ ０ｔ ｎ ｅ ｉ ｒ ａｏ ａｔｓＮａｕａ Ｓ ｉ ｃ） ｏｒａｏ ｒ ｗ ｔ ｉ ｒｔ ｆ ｔｎｌｉ（ ｔｒｌ ｃ ｎ ｅ Ｎ ｈ Ｕ ｖ ｓｙ ｏ Ｎ ｉ ｉｅ ｅ
及 时频 混 合 三 个 方 面 ， 并分 别 对 其 中 的 ＡＭＤ ． Ｆ算 法 、 线性 预 测 残 差 倒 谱 算 法 以及 小 波 变 换 的基 频 提 取 算 法 进 行 了比 较
研 究 ， 三种 算 法 分 别在 如 何 准确 判定 语 音 波 形 的 谷值 点 、 音 信 号突 变 以及 语 音 的 消噪 等 不 同 的语 音 信 号处 理 角 度 进 对 语
短 时 ＡＭＤＦ ．
Ｎ 一１ －ｋ Ｉ
（ ）＝ ｋ
ｍ ＝０
｝（ 一 （ ｍ） ｍ＋ｋ ｌ ）
显然 ， 在上 式 中， 是 的 计算 只需 要加 减法 和绝 对值 的运 算 ， 算量 远远 小 于 自相 关 法 ． 了避 Ｆ（） 运 为
免由于 ｋ 值变化过大而引起的判断结果不准确， 究人员对上 式进行了改进， 研 产生了变长度的 Ａ Ｆ ＭＤ
性 的， 在浊 音段很 难精确 地 确定每 个基 音周 期 的起止 位置 ， 时， 形的 峰、 同 波 过零 也 受到共 振峰 结构 和 噪
声等 的影响 ． ④基音 周期 变化 范 围大 ， 基音检 测带 来一 定 的 困难 ｊ 给 ． 自２ 纪 ６ ０世 ０年代 以来 ， 们 已经 提 出了许 多经 典的 基频 提 取 的 算法 ， 致 可 以分 为 三 类 ： 时域 人 大 ①
下 良好 的基百度文库 ．
１ 短 时平均幅 度差 算法 短时 平均 幅度差 算法 是时域 算法 的一 种 ， 比于频域 法和 时频 混 合法来 说 ， 相 时域法 提取 基音 周期 的
算法 简单 ， 计算 量小 ．
自相关 算法 是时域 算 法中较 早提 出的 一种 算法 ， 但这 种 方 法 的复 杂 度是 随 信号 的采 样 率的 提 高 成
Ｄ ｅ ， ０１ ｃ２ ０
几种不 同基频提取算法 的 比较研 究
马海 隆 ， 高 璐 ， 洪 志 于
（ 西北 民族 大 学 中 国民族 信 息技 术 研 究院， 肃 兰 州 ７ ０ ３ ） 甘 ３ ０ ０
、 涛 —瓢 虑 拳
［ 摘
要 】基频提取算法一直是语音信号处理领域 的研 究热点， 文章将 当前 的多种 基频提取 算法分 为时域、 频域 以
算法也 存 在一定 的困难 ， 主要包 括 ： 声 门激励信 号 并不 是 一个 完 全 的周 期序 列 ． 音 的头 、 部 并 不 ① 语 尾 具有声 带振 动那 样的周 期性 ， 特别 是清 音 和 浊音 之 间的过 渡 帧 很 难 判 断它 们是 否是 周期 性 的 ． 很难 ②
从语音 信号 中去 除声道 的影 响直 接取 出仅 和声带 振 动有关 的激 励信 号 ． 由于 语音 信 号本 身 是准 周 期 ③
分析算法， 自相关法（ ｃ ）短时平均幅度差法（ ＭＤ ） ． 如 Ａ Ｆ， Ａ Ｆ 等 ②频域分析算法， 如倒谱法（ ｌ 等 ． Ｃ弹） ③ 时频结 合的分 析算 法 ， 小波 分析 算法 等 ． 如 随着现 代信 息处 理 方法 的发展 ， 基频 提取 算法 也在 不断 的改 进， 在研究过程 中发现， 这些算法都具有不同的优缺点， 文章对时域 中的 Ａ Ｆ算法、 ＭＤ 频域 中的倒谱法 以及小 波分析 法分别 进行 阐述 ， 比较 研 究， 便能够 全 面地 掌 握基 频 提 取 算法 的性 能， 今 后 的研 究打 以 为