1、语音信号处理,福州大学物理与信息工程学院 郑绍华2012年10月,课程简介,语音信号处理是一门新兴的边缘学科，是语音学与数字信号处理两个学科相结合的产物。它和认知科学、心理学、语言学、计算机科学、模式识别和人工智能等学科有着紧密的联系。语音信号处理的目的：得到某些语音特征参数以便高效地传输或存储；通过某种处理运算以达到某种用途的要求。解释：1）语音学是语言学的一个分支，研究人类语言声音的学科。2）语音：语言的声学表现，由人的发音器官发出的、具有一定语法和意义的声音。,2,3,第1章 绪 论,语音信息的交换大致上可以分为三大类：1）人与人之间的语言通信：包括语音压缩与编码、语音增强等。2）第一类
2、人机语言通信问题：语音合成机器讲话、人听话的研究。3）第二类人机语言通信问题：语音识别和理解人讲话、机器听话的情况。,4,1.1 语音信号处理的发展,19世纪60年代，亥姆霍兹应用声学方法对元音和歌唱进行了研究，从而奠定了语言声学的基础；1876年贝尔电话的发明：声电、电声转换技术的语音传输；1939年，Homer Dudley研制第一个声码器：奠定了语音产生模型的基础。划时代的意义1940年代后期问世的语言声学的专用仪器：语谱仪，可以把语音的时变频谱用语图表示出来；,5,1.1 语音信号处理的发展,1948年，美国Haskins实验室研制“语音回放机”，语谱图自动转换成语音语音合成；20世纪
3、50年代，对语言产生的声学理论开始有了系统的研究；60年代中期，一系列数字信号处理方法和技术：数字滤波器、FFT等；70年代，线性预测技术；80年代，矢量量化、隐马尔可夫模型、人工神经网络等；90年代，语音识别逐渐从实验室走向实用化；,6,1.1 语音信号处理的发展,至今，语音信号处理在基础研究、技术应用方面都取得了突破性进展：1）语音合成2）语音编码3）语音识别,1.2 语音合成,以语言信息压缩、存储为主要目的对语音信号数字模型进行研究，同时研究音素、音节、词组与句子的发音规则。最终恢复出自然流畅的语音来。例如文语转换系统(Text-to-speech)。语音分析与合成将赋予计算机说话的功能
4、。也是进行话音编码、语音识别研究的基础。,7,1.3 语音编码,在保证一定语音质量的前提下，尽可能降低编码比特率，以节省频率资源。语音编码与文本到语音转换两个主要区别1）前者是人与人之间的话音交流，要保留说话人的声音特征。后者是文本到声音的转换即计算机发声，它可以是标准播音员或其它声音。2）前者不仅对压缩率和音质有要求，而且要求较低的编、解码延迟。而后者对处理帧长没有什么太严格的限制。,8,1.4 语音识别,研究如何使计算机能够听懂人类的语言。以汉语语音为例：汉语约有400个音节，加上声调约1200个音调节，把这些语音信号的特征存储到计算机内，并与计算机接收到的汉语发音进行比较，找到特征相同的
5、音节或音调节，这个过程就是语音识别。将识别出的音节序列转换成文字，就是语言理解。许多算法将理解过程溶入到识别中来提高识别的准确性。因此可以将语音识别与理解归入同一类应用。,9,1.4 语音识别,语音识别研究领域包括：1）根据对说话人说话方式的要求，可以分为孤立字语音识别系统，连接字语音识别系统以及连续语音识别系统。2）根据对说话人的依赖程度可以分为特定人和非特定人语音识别系统。3）根据词汇量大小，可以分为小词汇量、中等词汇量、大词汇量以及无限词汇量语音识别系统。,10,11,1.5 语音信号处理的应用及新方向,语音技术的应用领域：包括语音识别、说话人的鉴别和确认、语种的鉴别和确认、关键词检测和
6、确认、语音合成、语音编码等；但其中最具有挑战性和最富有应用前景的为语音识别技术。,12,1.5 语音信号处理的应用及新方向,1）说话人识别技术的应用安全加密、银行信息电话查询服务；公安机关破案和法庭取证方面；在声控应用中，识别输入的语音内容，并根据内容来执行相应的动作，这包括了声控电话转换、声控语音拨号系统、声控智能玩具、信息网络查询、家庭服务、宾馆服务、旅行社服务系统、医疗服务、股票查询服务和工业控制等。,13,1.5 语音信号处理的应用及新方向,1）说话人识别技术的应用在电话与通信系统中，智能语音接口正在把电话机从一个单纯的服务工具变为一个服务的“提供者”和生活“伙伴”。目前，自动口语分析
7、、用户交换机、电话机、手机已经包含了语音识别拨号功能，还有语音记事本、语音智能玩具等产品也包含了语音识别与语音合成功能。人们可以通过电话网络用语音识别口语对话系统查询有关的机票、旅游、银行信息。,1.5 语音信号处理的应用及新方向,2）语音合成的应用公交汽车上的自动报站、各种场合的自动报时、自动报警、手机查询服务和各种文本校对中的语音提示、在电信声讯服务：如股票、售后服务、车站查询等信息；也可用于基于微型机的办公、教学、娱乐等智能多媒体软件，例如语言学习、教学软件、语音玩具、语音书籍等；也可与语音合成技术与机器翻译技术结合，实现语音翻译等。,14,15,1.5 语音信号处理的应用及新方向,3）
8、语音编码的应用在移动通信、卫星通信、军事保密通信、信息高速公路和IP电话通信中的应用。在个人移动通信、语音存储、多媒体通信、数字数据网(DDN)中的应用。未来的ISDN、卫星通信、移动通信、微波接力通信和信息高速公路以及保密电话等中的应用。,16,1.5 语音信号处理的应用及新方向,语音信号处理的新方向1）基于语音的信息检索。网络技术及数字图书馆 技术的发展，基于语音识别的信息检索技术正成为研究热点。2）基于语音识别的广播新闻的自动文摘技术的研究。由于广播、电视中的发音较为标准规范，在识别中避免了说话人发音上的不规范，有利于语音识别系统性能的提高。,17,1.5 语音信号处理的应用及新方向,语
9、音信号处理的新方向3）VoIP技术。是通过TCP/IP网络，而不是传统的电话网络来传输语音的新的通信方式，通常称之为IP电话技术。在网络上对压缩的语音数据以数据包的形式进行传输和识别。4）语音训练与校正技术。现在越来越多的人希望掌握其他非母语语言，以便方便的进行交流。因此语言学习机已成为当今外语学习者的有利工具。,18,1.5 语音信号处理的应用及新方向,语音信号处理的新方向5）语种识别。是近年来新出现的研究方向，通过分析处理一个语音片断来判别其所属语音的种类，本质上属于语音识别的研究范畴。6）基于语音的情感处理研究。在人与人的交流中，除了语音信息外，非语言信息也起着重要的作用。为了使人机交流更自然、更人性化，基于语音的情感处理研究也是非常必要的。,语音处理过程的结构框图,19,20,谢 谢！ 祝大家学习、生活快乐！,
