基于壓縮感知理論的語(yǔ)音特性分析和研究.pdf

1、近年來(lái)，信息技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣理論中的極限采樣率制約了人們與日俱增的龐大信息量獲取的需求，因而壓縮感知理論一出現(xiàn)即以其遠(yuǎn)低于奈奎斯特采樣速率的特點(diǎn)備受關(guān)注，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。本文將壓縮感知技術(shù)與語(yǔ)音信號(hào)處理相結(jié)合，研究基于壓縮感知理論的語(yǔ)音特性分析技術(shù)，即在非重構(gòu)原始語(yǔ)音信號(hào)的情況下，分析和研究語(yǔ)音壓縮采樣后觀測(cè)序列的新特性，從而提出直接從觀測(cè)序列提取語(yǔ)音特征參數(shù)的新方法，例如判別清濁音和基音周期，并利用觀測(cè)采樣序列

2、能量特性進(jìn)行語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)等，這些都是未來(lái)基于壓縮感知理論的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用必不可少的前提。
　　首先，本文根據(jù)壓縮感知理論，研究和分析語(yǔ)音信號(hào)壓縮感知觀測(cè)序列的特性；論文分析了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣中能量和過(guò)零率兩種清濁音判別法在語(yǔ)音壓縮感知環(huán)境中的適用性。然后根據(jù)語(yǔ)音產(chǎn)生的數(shù)字模型來(lái)分析清音和濁音的特性，從而得出結(jié)論：語(yǔ)音清音的觀測(cè)序列具有近似高斯信號(hào)的特性，而濁音的觀測(cè)序列具有非高斯信號(hào)的特性，基于這種特性來(lái)設(shè)計(jì)一種直接

3、針對(duì)壓縮感知觀測(cè)序列的三階累積量來(lái)判別清音和濁音的新方法，并給出了在含噪和無(wú)噪情況下，該方法與基于壓縮采樣序列能量判別法、經(jīng)典的奈奎斯特采樣中的能量判別法在準(zhǔn)確性和計(jì)算量?jī)蓚€(gè)方面的比較結(jié)果。實(shí)驗(yàn)表明，本文提出的方法抗噪性能更好。
　　其次，論文分析語(yǔ)音壓縮感知觀測(cè)序列的波形特點(diǎn)，從數(shù)學(xué)的角度證明濁音經(jīng)行階梯矩陣投影后呈現(xiàn)新的周期性的特點(diǎn)，并給出了觀測(cè)序列波形的周期與原語(yǔ)音信號(hào)周期的關(guān)系。然后提出由觀測(cè)序列的自相關(guān)函數(shù)和平均幅度差函

4、數(shù)求出原始濁音周期的方法，而清音的觀測(cè)序列并無(wú)周期性，由此也可以判別清音和濁音，同時(shí)計(jì)算量大大減少。
　　第三，論文證明觀測(cè)序列的能量可近似為原語(yǔ)音信號(hào)的能量估計(jì)，在此基礎(chǔ)上將估計(jì)得到的語(yǔ)音能量做為語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)的依據(jù)。然后在不同的信噪比下進(jìn)行語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)，與基于壓縮感知觀測(cè)序列倒譜距離、傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣中能量的語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)方法相比，這種方法減少了計(jì)算量。同時(shí)，論文提出一種能量和高階累積量相結(jié)合的端點(diǎn)檢測(cè)方法，在信噪比較低的情況下

5、獲得較好的檢測(cè)效果。
　　本文最后一個(gè)研究?jī)?nèi)容是語(yǔ)音信號(hào)的功率譜估計(jì)，由壓縮采樣序列與原語(yǔ)音序列的關(guān)系式，推導(dǎo)出壓縮采樣序列功率譜密度與原語(yǔ)音序列功率譜密度的關(guān)系式，并應(yīng)用壓縮感知理論重構(gòu)來(lái)得到原語(yǔ)音信號(hào)的功率譜估計(jì)。通過(guò)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)給出了這種基于壓縮采樣序列非完全重構(gòu)的功率譜估計(jì)與重構(gòu)信號(hào)的功率譜估計(jì)在計(jì)算量和準(zhǔn)確度方面的比較，并根據(jù)估計(jì)結(jié)果對(duì)語(yǔ)音的頻率成分進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，本文用“譜減法”對(duì)含噪語(yǔ)音作消噪處理，信噪