【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 FIR 數(shù)字濾波器 ，其系數(shù)值列于 表 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 22 趙曉群 教授 111()1 0 .9 9zHzz?????1010( ) ( ) ( )LLjx n x n j h j?????表 FIR 低通濾波器 系數(shù) j hL(j) j hL(j) j hL(j) 0 177。 4 177。 8 177。 1 177。 5 177。 9 177。 2 177。 6 177。 10 177。 3 177。 7 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 23 趙曉群 教授 圖 相鄰語(yǔ)音幀與幀之間的關(guān)系 過(guò)去幀 當(dāng)前幀 將來(lái)幀 ????? ????? ????? ????? ????? 3. 基音估計(jì) ?基音估計(jì)算法 ： 應(yīng) 保持 相鄰語(yǔ)音幀 基音周期的某種 連續(xù)性 。 ?基音跟蹤算法 ： 在確定當(dāng)前幀的基音周期時(shí)要考慮 相鄰的 過(guò)去幀 和 將來(lái)幀 的影響。 ?圖 ： 當(dāng)前幀 和 前后幀 之間的關(guān)系 。 ◆ 幀長(zhǎng) 為 20 ms（ 160 個(gè) 樣點(diǎn) ） 。 ◆ 基音估計(jì) 算法 分 ： 初始估計(jì) 、 精細(xì)估計(jì) 兩 步 進(jìn)行 。 ?初始估計(jì) 得到 初始基音周期 ： TI， TI∈ D ={21,…,114} ， 精度 ： 1/2 采樣周期 ； 再 由 精細(xì)估計(jì) 得出 歸 最終 基音周期 ， 精度 ： 1/4 采樣周期 。 ?兩 步 法可 降低 計(jì)算復(fù)雜度 和 提高魯棒性 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 40 20 0 20 40 60 ms T2 T1 T0 T1 T2 基音周期： 誤差函數(shù)： E2(T) E1(T) E0(T) E1(T) E2(T) ?算法 的 重要特點(diǎn) ： 初始估計(jì) 和 精細(xì)估計(jì) 使用不同長(zhǎng)度的窗函數(shù) 。 ◆ 初始估計(jì)窗 wI(n) 長(zhǎng)為 281 個(gè) 樣點(diǎn) ； ◆ 精細(xì)估計(jì)窗 wR(n) 長(zhǎng) 為 221 個(gè) 樣點(diǎn) ； ◆ 皆 是 對(duì)稱三角形窗 ， 兩窗 中 點(diǎn) 對(duì)齊 。 ?相鄰語(yǔ)音幀之間的 重疊量 是窗長(zhǎng)的 函數(shù) ， 重疊量 = 窗長(zhǎng) 幀移動(dòng)量 （ 160 個(gè) 樣點(diǎn) ） 。 ◆ wR(n)時(shí) ， 重疊量 61 個(gè) 樣點(diǎn) ； wR(n) 時(shí) ， 121個(gè) 樣點(diǎn) 。 (1) 基音的 初始估計(jì) （ 步驟 見(jiàn) 圖 ） ◆ 對(duì)每一個(gè) 可能 的 基音周期 T∈ D， 計(jì)算 誤差函數(shù)值 E(T)。 然后通過(guò) 前向 與 后向基音 跟 綜算法 ， 比較 求出的值， 最終 選擇 最佳的候選者 作為 TI 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 24 趙曉群 教授 圖 初始基音周期估計(jì) 后向 基音跟蹤 前向 基音跟蹤 比較基音 估計(jì)值 計(jì)算 誤差函數(shù) ( ) ( )LIx n w n()ETBTFTIT ① 計(jì)算 誤差函數(shù) ◆ 根據(jù) 歸一化總誤差能量 定義 ， 誤差函數(shù) E(T) 定義 為： 式中 wI(n) —— 歸一化三角形窗 函數(shù) ， 滿足 。 ◆ 當(dāng) t 為 整數(shù) 值 時(shí)， 自相關(guān)函數(shù) φ(t) 定義 為 ： 當(dāng) t 為 非整數(shù) 值 時(shí) ， 用 線性內(nèi)插 公式 計(jì)算 φ(t)。 ◆ 基音 周 期的 初始估計(jì) TI 為： ◆ 采用基音跟蹤算法 ， 保證 基音周期 TI 的 連續(xù)性 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 25 趙曉群 教授 in t( 1 4 0 / )140221 4 0 in t( 1 4 0 / )1 4 0 1 4 02 2 41 4 0 1 4 0( ) ( ) ( )()( ) ( ) 1 ( )TLIj n TL I Ijjx j w j T n TETx j w j T w j?? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ??? ? ? ?? ? ? ?????140 22140( ) ( ) ( ) ( ) ( )L I L Ijt x j w j x j t w j t? ??? ? ??140 2140 ( ) 1Ij wj?? ??m in ( )I TT E T? ② 后向基音跟蹤 ◆ E1(T1)、 E2(T2) —— 過(guò)去兩幀對(duì)應(yīng)的 誤差函數(shù)值 ； ◆ 因 基音周期的 連續(xù)性 ，當(dāng)前幀的基音周期 T 應(yīng)在 T1 附近， 應(yīng) 滿足約束條件 ： ◆ 在 上式 范圍內(nèi)逐個(gè) 選取 T， 并 計(jì)算 相應(yīng)的 E(T) ， 使 E(T) 最小 的 T 就是后 向 估計(jì) TB， 計(jì)算 后向累計(jì)誤差 CE(TB)： CE(TB) 是 后向基音估計(jì) 的 置信度測(cè)度 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 26 趙曉群 教授 。T T T T D??? ? ?1 1 2 2( ) ( ) ( ) ( )B B BCE T E T E T E T? ? ? ?? ? ? ③ 前向基音跟蹤 ◆ E1(T1)、 E2(T2) —— 將來(lái) 兩幀對(duì)應(yīng)的 誤差函數(shù)值 ； ◆ 將來(lái)兩幀的基音周期 尚未確定 ， 前向基音跟蹤算法必須首先設(shè)法確定這些基音周期值 。 ◆ 在集合 D 內(nèi)選定一個(gè) T0，按下面的 約束條件 選取 T1 、 T2： 使 E1(T1)+E2(T2)最小 的 T1 、 T2表示為 ， 并按下式 計(jì)算 前向累計(jì)誤差函數(shù) CEF(T0) 為： ◆ 重復(fù)上述過(guò)程 ，在規(guī)定的范圍內(nèi)逐個(gè) 選定 T0， 計(jì)算 相應(yīng)的 CEF(T0) ， 使其 最小 的 T0 定義 為 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 27 趙曉群 教授 0 1 0 1 2 1 1 20 .8 1 .2 , 0 .8 1 .2 。 ,T T T T T T T T D? ? ? ? ?0 0 1 1 2 2? ?( ) ( ) ( ) ( )FCE T E T E T E T? ? ?12? ?,TT0?T?為防止 倍基音周期 ， 考慮 取 的可能性 。 ◆ 要 求 ， 選擇 一個(gè)與其 最接近 的值代替。 再 檢查 是否 滿足 下列 三個(gè)條件 之 一、 且為 最小值 的 ， ◆ 若有，則 前向基音 估計(jì) ； 否 則 。 ?完成 前 、 后向基音跟蹤 ，并 求得 估計(jì) 值 后， 按下列 判決規(guī)則 確定 初始基音估計(jì) TI： If CEb(TB) then TI =TB else if CEb(TB)≤ CEF(TF) then TI =TB else TI =TF ◆ 最終的 基音估計(jì)的 精 度 提高到 1/4 采樣周期 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 28 趙曉群 教授 0 0 00 0 00? ? ?( / ) 0 .8 5 ( / ) 1 .7 ( )? ? ?( / ) 0 .4 ( / ) 3 .5 ( )?( / ) 0 .0 5 F F FF F FFCE T n CE T n CE TCE T n CE T n CE TCE T n???和和00? ? / , ( 2 , 3 , 4 , 5 ) T T n n ?0? /T n D?0? /Tn0? /FT T n? 0?FTT? (2) 基音的 精細(xì) 估計(jì) ?圖 ： 基音精細(xì)估計(jì) 的方框圖。 ◆ 精細(xì)估計(jì)窗 wR(n)： 長(zhǎng) 221 個(gè) 樣點(diǎn) ， 歸一化 三角形窗 。 ◆ 由 基音初始估計(jì) TI，產(chǎn)生 10 個(gè) 基音精細(xì)估計(jì) 的 候選值 ： ◆ 將其 轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的 基音頻率 ω0=2π/T0。 然后在這 10 個(gè)點(diǎn)上 進(jìn)行 細(xì)搜索 ， 確定 基音周期的 精細(xì)估計(jì) 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 29 趙曉群 教授 圖 基音的精細(xì)估計(jì) 計(jì)算 Am(ω0) 計(jì)算 Xwr(l,ω0) ⊕ 計(jì)算 ε(ω0) 256點(diǎn) DFT 16384點(diǎn) DFT 產(chǎn)生 10個(gè) ω0 候選值 minε(ω0) 0()mA ? 0( , )wrXl?0?0()??()RwnIT( ) ( )Rx n w n ()wXl0?0()?? ??0 { 9 / 8 , 7 / 8 , .. ., 7 / 8 , 9 / 8 , }I I I IT T T T T? ? ? ? ? ① 計(jì)算 窗 選 語(yǔ)音 和 窗函數(shù) 的 離散 Fourier 變換 。 ◆ 對(duì) 窗 選 語(yǔ)音信號(hào) ， 計(jì)算 256 點(diǎn) DFT： 對(duì) 窗函數(shù) ,計(jì)算 16384 點(diǎn) DFT： （擴(kuò)大點(diǎn)數(shù)，可 保證精度 ) ② 對(duì)每一個(gè)假設(shè)的 ω0， 求 各諧波的 最佳譜包絡(luò)值 Am(ω0)。 ◆ 選定 ω0， 則 在 π~π 之間有個(gè) [ 2π/ω0 ] 諧波 分量， 兩個(gè) 相鄰諧波 之間含有 256ω0 / 2π 個(gè) 語(yǔ)音信號(hào) 的 DFT 點(diǎn)。 ◆ 對(duì)于 第 m 次諧波 ，它的 頻帶下限 、 上限 為： 其中 ， INT x 表示取 大于 或 等于 x 的 最小整數(shù) 。 第 11章 多帶激勵(lì)聲碼器 多帶激勵(lì)語(yǔ)音分析 同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院 30 趙曉群 教授 110 2 / 2 5 6110( ) ( ) ( ) 。 1 2 8 1 2 7je nlwRnX l x n w n l????? ? ? ??110 2 / 1 6 3