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1、高纲0975江苏省高等教育自学考试大纲 27483语音与图像信号处理 南京理工大学编江苏省高等教育自学考试委员会办公室课程性质与设置目的要求语音与图象信号处理是江苏省高等教育自学考试电子工程专业的必修课，是为了培养和检验自学应考者信号处理的基本知识和基本技能而设置的一门专业课程，本课程分为两大部分，第一部分是语音信号处理，第二部分是数字图象处理。语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段。通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一。语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明。语音是语言的
2、声学表现，是相互传递信息的最重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。语音中除包含实际发音内容的语言信息外，还包括发音者是谁及喜怒哀乐等各种信息。在人类已构成的通信系统中，语音通信方式早已成为主要的信息传递途径之一，具有最方便和最快捷的特点。语言和语音也是人类进行思维的一种依托，它与人的智力活动密切相关，与文化和社会的进步紧密相连，具有最大的信息容量和最高的智力水平。语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。除了语音之外，图像是人类获取信息的另外一个重要来源，大约70的信息是通
3、过人眼获得的图像信息。图像信号是指将图像作为一种二维信号，采用数字信号处理的方法来对图像进行描述。今后为了表示方便，图像信号就称为图像。在近代科学研究、军事技术、工农业生产、气象、医学等领域中，人们越来越多地利用图像来认识和判断事物，解决实际问题。例如：人们利用人造卫星所拍摄的地面照片，来分析获取地球资源、全球气象和污染情况，利用“和平号”宇宙飞船所拍摄的月球表面照片，分析月球的形成。在医学上，通过CT断层扫描，医生可以观察和诊断人体内部是否有病变组织。在公安侦破中，采用指纹提取并处理进行破案。在军事上，目标的自动识别和自动跟踪都需要进行图像处理。图像信号的数字处理技术，按照人们通常的习惯，也
4、称为数字图像处理技术，是指用计算机对图像进行处理。它建立在以计算机为中心的包括各种输入、输出及显示设备在内的数字图像处理系统上进行的。有时，结合数字语音处理系统，构成多媒体处理系统。 设置本课程的目的要求：使自学应考者能够掌握与人类密切相关的两种信息：语音信号和图象信号的基本概念和基本原理，能够应用数字信号处理的基本原理和方法对语音信号和图象信号进行各种处理，如：语音信号数字模型的建立，语音信号的数字化，语音信号的分析、合成、识别、编码的基本原理的基本方法，数字图象信号的采集、表达、各种变换方法和图象信号的编码压缩等。同时能够对语音信号和图象信号处理的最新研究成果与发展趋势有所了解，以适应现代
5、社会对信息处理越来越高的要求。考试目标（考核知识点，考核要点）第一部分 语音信号处理第一章 绪论一、 考核知识点（一） 语音信号处理的基本概念（二） 语音信号处理的发展概况二、 考核要点（一） 语音信号处理的基本概念1识记：（1）语音信号对人类的重要性。（2）数字语音的优点。（3）语音学的基本概念。（4）语音信号处理的应用领域。（二） 语音信号处理的发展概况1.识记：（1）语音信号处理的发展历史。（2）语音编码、语音合成、语音识别的基本概念。语音编码技术是伴随着语音的数字化而产生的，目前主要应用在数字语音通信领域。语音合成的目的是使计算机能象人一样说话说话，而语音识别使能够听懂人说的话。第二章
6、 基础知识一、 考核知识点（一） 语音产生的过程（二） 语音信号的特性（三） 语音信号产生的数字模型（四） 人耳的听觉特性二、 考核要求（一） 语音产生的过程1 识记：声音是一种波，能被人耳听到，振动频率在20Hz20kHz之间。自然界中包含各种各样的声音，而语音是声音的一种，它是由人的发音器官发出的，具有一定语法和意义的声音。2 领会：（1）语音产生的过程与人类发声的基本原理。 （2）清音、浊音、共振峰的基本概念。语音由声带震动或不经声带震动产生，其中由声带震动产生的音统称为浊音，而不由声带震动而产生的音统称为清音。声道是一个分布参数系统，它是一个谐振腔，有许多谐振频率，称为共振峰，它是声道
7、的重要声学特征。（二） 语音信号的特性1 识记：（1）语音的物理性质，包括音质、音调、音强、音长等特性。语音是人的发音器官发出的一种声波，具有声音的物理属性。其中音质是一种声音区别于其它声音的基本特征。音调就是声音的高低，取决于声波的频率：频率高则音调高，频率低则音调低。响度就是声音的强弱，又称音量。它是由声波震动幅度决定的。声音变的长短也称音长，它取决于发音持续时间的长短。（2）音素、音节、单词、句子的基本概念以及它们之间的关系。音素是语音的最小、最基本的组成单位，音素都有其独立的各不相同的发音方法和发音部位，它是使听者能区别一个单词和另一个单词的声音的基础。音节是最小的语言片段，一个音节由
8、一个或几个音素组成。单词是由音节结合而成的更大单位，是有意义的语言的最小单位。句子是单词的进一步组合。(3) 汉语的特点，汉语音节的组成。2 领会：语音的时间波形和频谱特性，声门激励和声道响应的频谱特性，特别是清音和浊音的频谱特性、共振峰特性，二者之间的区别。（三） 语音信号产生的数字模型1 识记：（1）语音信号被看成是线性时不变系统（声道）在随机噪声或准调周期脉冲序列激励下的输出。在满足这样的假设条件下，产生了语音信号的基本数字模型，是语音处理技术的基础。（2）语音信号产生的数字模型框图。2 领会：（1）语音信号数字模型各部分的组成依据和频谱特点，包括激励模型，声道模型（声管模型和共振模型）
9、和辐射模型。（2）声道模型中的声管模型和共振峰模型的特点，共振峰模型的三种形式。（四） 语音感知与人耳的听觉特性1 识记：（1）声音的三要素：响度、音调和音色的基本概念。人的听觉系统具有复杂的特性，没有哪一种物理仪器具有人耳那样的特性。听觉机构不但是一个非常灵敏的声音接收器，还具有选择性，此外还有判别声音的强弱、音调和音色的本领。响度是人耳对声音的强弱程度的主管反映，响度取决于声音的幅度，主要是声压的函数，但和频率和波形也有关，人耳对3004000Hz的声音感觉最灵敏。音调也称音高，是一种主观心理量，是人耳对声音频率高低的感受。音色也叫音质，反映了声音属性。人根据音色在主观感觉上区别具有相同响
10、度和音调的两个声音。 （2）听觉“掩蔽效应”的基本概念与应用。第三章 时域分析一、 考核知识点（一） 语音信号的数字化和预处理（二） 短时能量分析（三） 短时过零分析（四） 短时相关分析二、 考核要求（一） 语音信号的数字化和预处理1 识记：（1）取样和量化的基本概念。为了将原始的模拟语音信号变成数字信号，必须经过取样和量化两个步骤，从而得到在时间和幅度上均离散的数字语音信号。取样是将时间上连续的语音信号离散化为一个样本序列。根据取样定理，当取样频率大于两倍信号带宽时，取样过程不会丢失信息，且从取样信号中可以精确地重构原始信号的波形。量化是指将取样后得到的样本序列的幅度再离散化，量化过程是将整
11、个幅度值分割为有限个区间，将落入同一区间的样本赋予相同的幅度值。（2）量化噪声的特性 （3）抗混迭滤波器的作用。它是一个具有良好截止特性的模拟低通滤波器，主要是为了防止混迭失真和噪声干扰。 （4）短时分析技术的基本概念。语音信号是一种随时间而变化的信号，可能是浊音激励也可能是清音激励，浊音的基音周期以及信号幅度等语音特性也都随时间变化，但这种变化是缓慢的，在一小段短时间内1030ms，语音信号近似不变。于是，我们把变化的语音信号分成一些相继的短时间段来处理。而每一段时间段具有固定的特性，这种方法称为“短时”处理方法。（二） 短时能量分析1 识记：语音信号的能量分析是基于语音信号能量随时间有相当
12、大的变化，特别是清音段的能量一般比浊音段的小得多。能量分析包括能量和幅度两个方面。2 领会：（1）直角窗与海明窗的频率特性。，海明窗的带宽大约是同等宽度矩形窗带宽的两倍。此外，汉明窗在通带外的衰减要比矩形窗小得多，而且通带与阻带的起伏比较小。 （2）窗口长度的选取原则。选择太大，则短时能量随时间变化就很小，不能充分反映语音信号的幅度变化；而选择得小，即选择等于或小于一个基音周期时，将按照信号波形的细微变化而起伏不定，以致短时能量不够匀化和平滑。因此，折衷考虑的值，在通常情况下，当取样频率为10KHz时，=100200被认为是合适的。 （3）短时平均能量的主要用途。根据短时能量函数可以大致区分浊
13、音和清音，在高信噪比情况下，利用短时能量函数也可区分有声和无声。（三） 短时过零分析1 识记：过零分析与平均过零率的基本概念。对于离散时间信号的相邻两个取样值具有不同符号时，便出现“过零”现象。单位时间过零的次数叫做“过零率”。对于窄带信号，过零率可以比较准确地反映该信号的频率。在宽带信号情况下，过零率只能粗略反映信号的频谱特性。2 领会：短时过零分析的用途。如何区分清音与浊音（四） 短时相关分析1 识记：（1）短时自相关函数的物理意义，性质。对于浊音语音来说，短时自相关函数具有明显的峰值且呈周期分布，而对于清音来说，则没有很强的自相关周期峰，其性质类似于噪声。（2）短时平均幅度差函数的概念与
14、用途。2 领会：（1）短时自相关函数的方框图表示。（2）利用短时自相关函数区分清/浊音的方法。第四章 短时傅里叶分析一、 考核知识点（一） 傅里叶分析在信号分析与处理中的地位与作用（二） 短时傅里叶变换的定义与物理意义（三） 短时傅里叶变换的取样率（四） 语音信号的短时综合二、 考核要点（一） 傅里叶分析在信号分析与处理中的地位与作用1 识记：傅里叶分析的重要性，短时傅里叶分析的基本概念。在语音信号处理中，傅立叶表示在传统上一直起主要作用。其原因一方面在于稳态语音的产生模型由线性系统组成，此系统被一随时间作周期变化或随机变化的源所激励，因而系统输出频谱反映了激励与声道频率响应特性。另一方面，语
15、音信号的频谱具有非常明显的语言声学意义，可以获得某些重要的语音特征。同时，语音的感知过程与人类听觉系统具有频谱分析功能是密切相关的。（二） 短时傅里叶变换的定义与物理意义1 识记：(1)短时傅里叶分析的重要性。短时傅里叶分析是分析缓慢时变频谱的一种简便方法，是用稳态分析方法处理非稳态信号的一种方法，在语音处理中是一个非常重要的工具。 (2) )短时傅里叶变换的定义。2 领会：（1）标准傅里叶变换的解释。（2）窗口序列具有的特性。（3）海明窗与直角窗对浊音语音的频谱分析对比。 （4）短时傅里叶变换的滤波器的解释，滤波器框图的组成。（三） 短时傅里叶变换的取样率1 识记：（1）时域取样率的基本概念。（2）频域取样率的基本概念。 （3）总取样率的基本概念。（4）宽带和窄带语谱图的概念和特点2 领会：理解分析加窗与不加窗时总取样率的区别。（四）、语音信号的短时综合1领会：滤器组求和法的基本原理与实现框图，与快速傅里叶变换求和法的关系。第五章 同态滤波及倒谱分析一、 考核知识点（一） 卷
