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1、Speech Signal Processing 中国矿业大学中国矿业大学 信息工程系信息工程系全书三篇，全书三篇，16章（讲章（讲15章）章）第一篇第一篇 语音信号处理基础语音信号处理基础第二章第二章 语音信号处理的基础知识语音信号处理的基础知识第一章第一章 绪论绪论第二篇第二篇 语音信号分析语音信号分析第三章第三章 语音信号的时域分析语音信号的时域分析第四章第四章 语音信号的短时傅里叶分析语音信号的短时傅里叶分析第五章第五章 语音信号的同态滤波及倒谱分析语音信号的同态滤波及倒谱分析第六章第六章 语音信号的线性预测分析语音信号的线性预测分析第七章第七章 语音信号的矢量量化语音信号的矢量量化第
2、八章第八章 隐马尔可夫模型（隐马尔可夫模型（HMMHMM）第九章第九章 语音检测分析语音检测分析第三篇第三篇 语音信号处理技术与应用语音信号处理技术与应用第第 十十 章章 语音编码（一）语音编码（一） 波形编码波形编码 第十一章第十一章 语音编码（二）语音编码（二） 声码器技术与混合编码声码器技术与混合编码第十二章第十二章 语音合成语音合成第十三章第十三章 语音识别语音识别第十四章第十四章 说话人识别说话人识别第十五章第十五章 语音增强语音增强第二章第二章 语音信号处理的基础知识语音信号处理的基础知识语音的产生语音的产生语音的分类语音的分类语音的基本特性语音的基本特性语音的时间波形和频谱特性语
3、音的时间波形和频谱特性语音信号的统计特性语音信号的统计特性声道模型声道模型语音信号语音信号的产生模型的产生模型激励模型激励模型辐射模型辐射模型声管模型声管模型共振峰模型共振峰模型级联型级联型并联型并联型混合型混合型语音感知语音感知定义定义人耳的听力范围人耳的听力范围声音的三要素声音的三要素掩蔽效应掩蔽效应第二章第二章思考题：思考题：1.什么叫语言？什么叫语音？什么叫语言？什么叫语音？2.人类的发音器官包括哪些？在发音时各起了什人类的发音器官包括哪些？在发音时各起了什么作用？么作用？3.解释以下概念：基音频率、共振峰、浊音、清解释以下概念：基音频率、共振峰、浊音、清音。音。4.语音信号模型包括哪
4、些子模型？激励模型和辐语音信号模型包括哪些子模型？激励模型和辐射模型各属于什么性质的滤波器？射模型各属于什么性质的滤波器？第三章语音信号的时域分析第三章语音信号的时域分析语音处理的目的语音处理的目的语音信号分析方法语音信号分析方法短时分析技术短时分析技术语音信号的语音信号的数字化和预处理数字化和预处理取样率的选择取样率的选择量化字长的选择量化字长的选择预处理预处理短时能量分析短时能量分析短时平均能量的定义短时平均能量的定义窗口形状的选择窗口形状的选择窗口的长度窗口的长度主要用途主要用途直角窗和海明窗直角窗和海明窗的频率特性比较的频率特性比较短时平均幅度短时平均幅度短时过零分析短时过零分析过零分
5、析的概念过零分析的概念短时平均过零数的实现短时平均过零数的实现短时平均过零数的应用短时平均过零数的应用短时相关分析短时相关分析自相关函数的定义自相关函数的定义自相关函数的性质自相关函数的性质短时自相关函数的定义短时自相关函数的定义修正的短时自相关函数修正的短时自相关函数短时平均幅度差函数短时平均幅度差函数(AMDF)相关分析相关分析第三章第三章思考题：思考题：1. 在语音信号参数分析前为什么要进行预处在语音信号参数分析前为什么要进行预处理，有哪些预处理过程？理，有哪些预处理过程？2. 短时平均能量（平均幅度）和短时平均过短时平均能量（平均幅度）和短时平均过零率的定义。这两种时域参数的用途。窗口
6、零率的定义。这两种时域参数的用途。窗口函数的长度和形状对它们有什么影响？函数的长度和形状对它们有什么影响？3. 短时自相关函数和短时平均幅度差函数定短时自相关函数和短时平均幅度差函数定义和用途，它们间有什么差异？义和用途，它们间有什么差异？第四章第四章 语音信号的短时傅里叶分析语音信号的短时傅里叶分析 短时傅里叶变换的定义短时傅里叶变换的定义短时傅里叶变换的取样率短时傅里叶变换的取样率标准傅里叶变换的解释标准傅里叶变换的解释滤波器的解释滤波器的解释语音信号的短时综合语音信号的短时综合滤波器组求和法滤波器组求和法语谱图可同时在时间和频率上显示语音频谱随可同时在时间和频率上显示语音频谱随时间的变化
7、时间的变化。第四章第四章思考题思考题：1.1.语音信号的短时谱的定义。如何提高短语音信号的短时谱的定义。如何提高短时谱的频率分辨率？时谱的频率分辨率？2.2.在求语音信号的短时谱时，对窗函数有在求语音信号的短时谱时，对窗函数有什么要求？什么要求？ 对语音信号频谱分析采用海对语音信号频谱分析采用海明窗和矩形窗各有什么特点？明窗和矩形窗各有什么特点？3.3.3. 3. 什么是语谱图？它有什么特性？什么是语谱图？它有什么特性？第五章第五章 语音信号的同态滤波及倒谱分析语音信号的同态滤波及倒谱分析 同态信号处理也叫同态滤波，它实现了将同态信号处理也叫同态滤波，它实现了将卷积关系卷积关系变换为求和关系变
8、换为求和关系的分离处理。的分离处理。复倒谱和倒谱复倒谱和倒谱同态信号处理的基本原理同态信号处理的基本原理 卷积同态系统模型卷积同态系统模型特征系统特征系统D D* * 和和D D* *-1-1 的三步数学运算的三步数学运算语音信号两个卷积分量的复倒谱语音信号两个卷积分量的复倒谱避免相位卷绕的算法避免相位卷绕的算法最小相位信号序列：最小相位信号序列：信号的零极点全部在信号的零极点全部在z z平面单位圆内。平面单位圆内。1.卷积同态系统的组成及意义？特征系统卷积同态系统的组成及意义？特征系统D* 和逆特征和逆特征系统系统D*-1 运算的三个步骤是什么？运算的三个步骤是什么？2. 什么是复倒谱？什么
9、是倒谱？清、浊音的复倒谱或倒什么是复倒谱？什么是倒谱？清、浊音的复倒谱或倒谱各有什么特点？谱各有什么特点？第五章第五章思考题：思考题：主要内容主要内容6.16.1概述概述6.26.2线性预测分析的基本原理线性预测分析的基本原理6.36.3线性预测分析的解法线性预测分析的解法自相关法自相关法6.46.4格型法格型法6.56.5线性预测分析应用线性预测分析应用 -LPC-LPC谱估计和谱估计和LPCLPC复倒谱复倒谱线性预测分析就是根据已知信号线性预测分析就是根据已知信号s(n)s(n)对各对各参数参数 和增益和增益G G进行估计。在这里进行估计。在这里 为线性预测系数为线性预测系数 F（z）s(
10、n)图图6-3 6-3 线性预测器线性预测器A(z)s(n)e(n) H（z）u(n)s(n)图图6-1 6-1 信号信号s(n)s(n)的模型化的模型化1.1.如何将信号模型化为模型参数？最常用的是如何将信号模型化为模型参数？最常用的是什么模型？什么叫线性预测？什么叫逆滤波器什么模型？什么叫线性预测？什么叫逆滤波器？2. 2. 什么叫什么叫LPCLPC参数？参数？PARCORPARCOR参数？参数？LSPLSP参数？参数？3.3.什么是什么是LPCLPC谱？谱？LPCLPC谱估计的特点。谱估计的特点。第六章第六章思考题：思考题：7.17.1概述概述7.27.2矢量量化的基本原理矢量量化的基本
11、原理7.37.3失真测度失真测度7.47.4最佳矢量量化器和码本设计最佳矢量量化器和码本设计7.57.5降低复杂度的矢量量化系统降低复杂度的矢量量化系统7.67.6语音参数的矢量量化语音参数的矢量量化1.1.矢量量化的定义矢量量化的定义2.2.2.2.什么是失真测度？常用的失真测度有什么是失真测度？常用的失真测度有哪些？哪些？3. 3. 矢量量化器最佳设计的两个条件？矢量量化器最佳设计的两个条件？4. LBG算法算法 第七章第七章思考题：思考题：8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 隐马尔可夫模型的引入隐马尔可夫模型的引入8.3 8.3 隐马尔可夫模型的定义隐马尔可夫模型的定义8.4 8.4
12、 隐马尔可夫模型三项问题的求解隐马尔可夫模型三项问题的求解 1.1.什么叫做隐马尔可夫过程？为什什么叫做隐马尔可夫过程？为什么说语音信号可以看成隐马尔可夫过么说语音信号可以看成隐马尔可夫过程？隐马尔可夫模型有哪些模型参数程？隐马尔可夫模型有哪些模型参数？请叙述这些参数的含义和定义式？请叙述这些参数的含义和定义式。 2. HMM2. HMM模型的结构主要有哪两种？模型的结构主要有哪两种？主要用在什么场合？主要用在什么场合？ 3.3.转移概率矩阵的计算。转移概率矩阵的计算。第八章第八章思考题思考题语音检测分析语音检测分析语音特征参数的提取和分析。语音特征参数的提取和分析。主要包括：基音检测和共振峰
13、参数的估值。主要包括：基音检测和共振峰参数的估值。简化逆滤波法（简化逆滤波法（SIFTSIFT）基音检测基音检测倒谱法倒谱法自相关法自相关法共振峰估值共振峰估值1.带通滤波器法带通滤波器法2.DFT法法3.倒谱法倒谱法4.LPC法法1.1.基音检测的自相关法中的中心削波处理的思基音检测的自相关法中的中心削波处理的思路及实现过程？路及实现过程？2.2.用倒谱法实现基音检测和共振峰检测的原理用倒谱法实现基音检测和共振峰检测的原理？第九章第九章思考题思考题语音编码的概念、应用和分类等语音编码的概念、应用和分类等语音信号的压缩编码原理语音信号的压缩编码原理 对语音进行压缩编码的两个基本依据等对语音进行
14、压缩编码的两个基本依据等 语音通信中的语音质量语音通信中的语音质量 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)及其自适应及其自适应 自适应量化分为前馈或反馈两种自适应量化分为前馈或反馈两种预测编码及其自适应预测编码及其自适应APC 自适应预测编码自适应预测编码APC系统框图、总量化误差系统框图、总量化误差 预测编码可以改善信噪比的原因预测编码可以改善信噪比的原因 短时预测和长时预测短时预测和长时预测自适应差分编码调制（自适应差分编码调制（ADPCM）1.1.在语音通信中，常将语音质量分为哪四等？在语音通信中，常将语音质量分为哪四等？2.2.语音信号能进行压缩编码的依据是什么？语语音信号能进行压缩编码的
15、依据是什么？语音编码的分类？音编码的分类？3.3.自适应的控制量有几个？控制方式有几种，自适应的控制量有几个？控制方式有几种，其特点是什么？其特点是什么？4.4.预测编码可以改善信噪比的原因是什么？预测编码可以改善信噪比的原因是什么？5.5.什么是短时预测和长时预测什么是短时预测和长时预测 ？第十章思考题第十章思考题 参数编码概念、与波形编码的不同参数编码概念、与波形编码的不同声码器的基本结构声码器的基本结构相位声码器和通道声码器相位声码器和通道声码器同态声码器同态声码器线性预测声码器线性预测声码器混合编码：混合编码： MPLPC 、CELP原理、原理、传输码率计算等传输码率计算等第十一章第十
16、一章 语音编码声码器技术及混合编码语音编码声码器技术及混合编码 语音合成的概念、目的语音合成的概念、目的语音合成的概念、目的语音合成的概念、目的 语音合成系统与声码器中的语音合成器的区别语音合成系统与声码器中的语音合成器的区别语音合成系统与声码器中的语音合成器的区别语音合成系统与声码器中的语音合成器的区别 语音合成原理语音合成原理语音合成原理语音合成原理 语音合成的方法：语音合成的方法：波形合成法波形合成法 、参数合成法参数合成法规则合成法规则合成法 语音合成系统的特性语音合成系统的特性共振峰合成共振峰合成共振峰合成共振峰合成线性预测合成线性预测合成线性预测合成线性预测合成：形式有两种形式有两种 用预测器系数用预测器系数ai直接构成的递归型合成滤波器直接构成的递归型合成滤波器 采用反射系数构成的格型合成滤波器采用反射系数构成的格型合成滤波器第十三章第十三章第十三章第十三章 语音识别语音识别语音识别语音识别 语音识别的概念、目的和分类语音识别的概念、目的和分类 语音识别原理：语音识别原理：模式匹配原理、语音识别的步骤模式匹配原理、语音识别的步骤 框图理解框图理解动态时间规整（动态时间规整
