【正文】 濁音信號(hào)平均幅度差函數(shù)對(duì)應(yīng)的第一個(gè)極小值為基因周期的位置，因此可估算基因周期Tp=100/10k=10ms 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 短時(shí)時(shí)域處理技術(shù)的應(yīng)用 語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè) ?某些應(yīng)用要求： 找出 語(yǔ)音端點(diǎn) ，采集 真正語(yǔ)音 ， 以減少 數(shù)據(jù)量 、 運(yùn)算量 、 處理時(shí)間 。 ?語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)： 歸結(jié)為區(qū)別 語(yǔ)音 和 噪聲 。 ?若 SNR很高，則計(jì)算信號(hào)的 短時(shí)能量 可區(qū)分 語(yǔ)音端點(diǎn) 。 ?實(shí)際應(yīng)用中難保證高信噪比，不能僅依靠短時(shí)能量來(lái)判別； ?某些語(yǔ)音端點(diǎn)判別會(huì)遇到特殊的困難： 弱摩擦音 、 弱爆破音 、 鼻音 時(shí)，往往與 背景噪聲電平 相近。 ?可補(bǔ)充利用 短時(shí)平均過(guò)零率 Zn進(jìn)行判斷：因 清音 和以上所舉的音素 的 Zn比 背景噪聲 的 Zn要 高數(shù)倍 。 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 短時(shí)時(shí)域處理技術(shù)的應(yīng)用 ?兩級(jí)判決法： 用 En作 第一次 判別，再用 Zn作 第二次 判別。 ?第一級(jí)判別： 采用 雙門(mén)限比較 的方法 （見(jiàn)圖 ） 。 (1) 根據(jù) En取 較高門(mén)限 M1 (En多在 M1之上 )，進(jìn)行 粗判 ，語(yǔ)音 起止點(diǎn) 位于 M1與 En包絡(luò)交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的 間隔之外 （即 AB段之外）。 (2) 根據(jù) 背景噪聲 的 平均能量 選取 較低門(mén)限 M2，從 A點(diǎn) 往左 、 B點(diǎn)往右 搜索，分別找到 En包絡(luò) 第一次與門(mén)限相交 的 兩點(diǎn) C和 D，于是 CD段就是根據(jù) En判定的 語(yǔ)音段 。 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 短時(shí)時(shí)域處理技術(shù)的應(yīng)用 圖 語(yǔ)音端點(diǎn)的兩級(jí)判決法 En M1 M2 C A B D n Zn M3 E F n ?第二級(jí)判決： 從 C點(diǎn) 往左 、從 D點(diǎn) 往右 搜索，找到 Zn第一次低于 某個(gè)門(mén)限M3的 兩點(diǎn) E和 F，即為語(yǔ)音 起止點(diǎn) 。 ?M3由 背景噪聲 的平均 過(guò)零率 Zr確定，一般取 M3 =(3~5)Zr 。 ?M1 M2 M3需根據(jù) 實(shí)際語(yǔ)音 數(shù)據(jù)選??； ?可用短時(shí)平均幅度 代替 En。 基音周期估計(jì) ?短時(shí)自相關(guān)函數(shù)： 區(qū)分 清音 和 濁音 、估計(jì) 基音周期 ◆ 特點(diǎn)： 用短時(shí)自相關(guān)函數(shù)估計(jì)基音周期時(shí)，包含 多余信息 。 ◆ 對(duì)策： 壓縮 與基頻無(wú)關(guān)的 信息 ，即進(jìn)行適當(dāng)處理 。 ◆ 方法： 低通濾波 、 非線性濾波 后，計(jì)算短時(shí)自相關(guān)函數(shù)。 ?低通濾波： 帶寬 1 kHz。濾波后以 2 kHz取樣頻率取樣，再以 2 ~ 20 ms滯后逐幀計(jì)算短時(shí)自相關(guān)函數(shù)，幀長(zhǎng) 10 ~ 20 ms。 ◆ 理由： 一般 基頻 500 Hz，女高音升 C調(diào) 1 kHz。 ?非線性濾波 :常采用 中心削波技術(shù)。 ◆ 理由： 估計(jì)基頻僅用 基頻處 自相關(guān)峰，其余 較低峰 是 多余 的； 注：無(wú)關(guān)的峰是聲道對(duì)激勵(lì)脈沖產(chǎn)生的響應(yīng) 。 ?基音周期估計(jì)：可得到基頻 隨時(shí)間變化 的 軌跡 。 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 短時(shí)時(shí)域處理技術(shù)的應(yīng)用 ?中心削波技術(shù)： 常用 中心削波 、 三電平中心削波 兩種 。 ?中心削波器特性 （見(jiàn) 圖 ） ◆ 削去 聲道諧振 產(chǎn)生的 阻尼振蕩 ，留下的序列包含 基音 信息 。 ◆ 削波電平 的選取對(duì)于估計(jì)結(jié)果和計(jì)算復(fù)雜性有很大影響 。 ◆ 有人提議把削波電平選為 最大信號(hào)幅度 的 30%。 ?為進(jìn)一步節(jié)省計(jì)算量， 可以采用 三電平中心削波器 ， ?圖 ： 三電平中心削波器 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 短時(shí)時(shí)域處理技術(shù)的應(yīng)用 圖 中心削波保留基音信息 (a) 削波特性； (b) 語(yǔ)音信號(hào)； (c) 削波輸出 f(x) xL 0 xL x 削波 輸出 0 語(yǔ)音信號(hào) 0 n n 圖 三電平中心削波函數(shù)圖 f(x) 1 xL 1 0 xL x 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 中值濾波在語(yǔ)音短時(shí)時(shí)域處理中的應(yīng)用 ?語(yǔ)音信號(hào) 經(jīng)過(guò)短時(shí)時(shí)域處理后得到一個(gè) 時(shí)間序列 ， 例 : ◆ 能量序列 ◆ 平均幅度序列 ◆ 平均過(guò)零率序列 ◆ 自相關(guān)函數(shù) ◆ 基音周期 ，等 ?圖 (a)： 中心削波 及 自相關(guān)函數(shù) 法求出的 基音周期軌跡 ◆ 零散的 基音周期 值明顯地 偏離 了軌跡線。為 錯(cuò)誤數(shù)值 。 ?可采用 濾波法 (如 中值濾波 )剔除 少數(shù)錯(cuò)誤 的基音周期估值， 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 中值濾波在語(yǔ)音短時(shí)時(shí)域處理中的應(yīng)用 (a) 平滑前 (b)平滑后 圖 中值濾波對(duì)基音周期軌跡的平滑 ?中值濾波 是 非線性濾波 。 ?中值濾波 : ◆ 用滑動(dòng)窗口從數(shù)據(jù)序列中選出一段數(shù)據(jù)， ◆ 用這段數(shù)據(jù)的中間值來(lái)代替這段數(shù)據(jù)。 ◆ 窗口滑動(dòng)，得出一個(gè)個(gè)中值作為濾波結(jié)果。 ?計(jì)算式： 式中 ， L 為滑動(dòng)窗寬 注：在信號(hào)開(kāi)始和末端邊界處的中值，通常是假定信號(hào)的邊界 值保持不變進(jìn)行外推來(lái)確定的。 ?圖 ： 中值濾波 與 線性濾波 的 性能 ◆ 中值濾波較多保留 原信號(hào)的 不連續(xù)性 ! 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 中值濾波在語(yǔ)音短時(shí)時(shí)域處理中的應(yīng)用 [ ( ) ] { ( ) , ( 1 ) , , ( 1 ) }LM x n x n x n x n L? ? ? ? 的 中 值(a) 線性濾波 (b) 中值濾波 圖 中值濾波與線性濾波比較 x(n) 0 n x(n) 0 n ?有時(shí) ，中值濾波 的平滑效果有時(shí)不夠顯著 ， 可采用 組合方式 。 ?如常將 中值濾波 和 線性平滑 結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。 ?圖 ： 兩種方案。 ◆ 具體 性能 、 計(jì)算式 的推導(dǎo)略 。 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 中值濾波在語(yǔ)音短時(shí)時(shí)域處理中的應(yīng)用 (a) 單通道方案 (b) 雙通道方案 圖 中值濾波和線性平滑結(jié)合使用 x(n) y(n) 中值濾波 線性平滑 中值濾波 線性平滑 ⊕ 中值濾波 線性平滑 ⊕ x(n) y(n) w(n) z(n) v(n) + ?幾個(gè)實(shí)例： ◆ 圖 ： 過(guò)零率軌跡 經(jīng)各種 平滑處理 ◆ 圖 ： 組合平滑 基音周期軌跡 第 4章 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域分析 中值濾波在語(yǔ)音短時(shí)時(shí)域處理中的應(yīng)用 圖 語(yǔ)音“同舟共濟(jì)”的過(guò)零率軌跡 經(jīng)各種平滑處理的結(jié)果 語(yǔ)音波形 平滑前 中值濾波 線性平滑 組合平滑 圖 語(yǔ)音“同舟共濟(jì)”基音周期軌跡 經(jīng)組合平滑的結(jié)果 語(yǔ)音波形 平滑前 組合平滑 謝 謝 !