数字语音处理_第五章

第五章语音信号的同调处理，5.1概况，1，5.2叠加原理和广义叠加原理，5.3卷积同调系统，3，5.4复倒谱和倒谱，4，5.5复倒谱的一些计算方法，5，5.6语音倒谱分析和应用，6，2， 5.1概况、同调处理方法是将非线性问题转换成线性问题的处理方法，可以分离出两个信号相乘合成的信号或者卷积合成的信号。 从卷积结果中参与卷积的每个信号分量被称为“解卷积”或“解卷积”。 由于对语音信号进行同调分析可以获得语音信号的倒频谱参数，因此同调分析也可以被称为倒频谱分析或同调处理。5.2叠加原理和广义叠加原理，对于线性系统来说，输入输出的关系遵循叠加原理。 如果输入信号x(n )由两个信号分量x1(n )，x2(n )之和构成，并且系统输出由y(n )表示，则l表示线性算子。叠加原理：当输入信号是若干原始信号的线性组合时，系统输出是各对应系统的线性组合。 通过模仿普通线性系统的叠加原理，我们可以定义一类系统，遵循广义叠加原理。 其中，加法可以用卷积取代。 即卷积同型系统：具有上式所示性质的系统。5.3卷积同型系统，典型的卷积同型系统由3个部分构成：特征系统D*、线性系统l以及逆特征系统。特征系D* :其输入是几个信号的卷积组合，但输出是几个信号的加法组合。 特征系统D*具有以下特性：一般线性系统：遵循一般叠加原理：将特征系统D*的逆系统：信号的相加组合转换成卷积组合。 逆特征系数具有由于卷积定理而在时域中是两个信号的卷积，该z变换是两个信号的z变换的乘积，该z变换用z变换来表示，卷积的组合是乘法的组合的性质。 利用、对数特性，将乘法运算的组合转换成加法运算的组合，即使进行逆z变换，输出信号也是加法运算的组合，这就是卷积同态系统的特征系数D* 有：以下是两个系统的框图：卷积同型系统的逆特征系统，有，5.4逆光谱和逆光谱，5.4.1定义是把信号x(n )的z变换作为X(z)=zx(n)，可以取对数相同的逆z变换，上式分别是， 绝对绝对值取对数时求得的反频谱c(n )称为反频谱，上式要求相位角连续，信号的复频谱定义式：5.4.2复频谱的性质，z变换的一般形式是ak、的绝对值都小于1的a为非负实系数因此，和项与单位圆内的零点和极点对应的项与单位圆外的零点和极点对应，表示单位圆内和单位圆外的零点的数量，表示单位圆内和单位圆外的极数的系数表示时间原点的移动。 因为，X(z )的复数对数在计算复数光谱的过程中一般被除去，所以讨论复数光谱的性质时省略。 可以证明，倒谱具有以下形式：性质1:x(n )即使满足因果性、稳定性以及持续时间有限的条件，一般倒谱也不是零，而是向正负n两个方向无限延伸。 性质2 :复倒谱是有界衰减序列，其极限是其中、的最大绝对值和常数。 性质3 :单位圆之外没有点和零点的话，这样的信号被称为“最小相位”信号：倒频谱的重要性质。 一个序列的傅立叶变换的实部与该序列的偶数部的傅立叶变换相等，是倒频谱c(n )的傅立叶变换，因此容易证明，因此为了求出最小相位序列的倒频谱，可以首先计算倒频谱c(n )，并通过上式求出。最小相序列的另一重要结论：倒频谱可以根据输入信号递归地计算，并且如果性质4:X(z )在单位圆内没有极点或零点，则递归公式可以获得与此类似的结论。该信号被称为“最大相位”信号。在这种情况下，考虑到n0，与最小相位序列一样，得到反谱的递归表达式。 其格式表示，如果、性质5 :输入信号是反频谱在Np的每个整数倍点不为零的一系列脉冲信号，则它们也是间隔为Np的脉冲串。 给定、例如p(n )个脉冲串，其中脉冲之间的间隔是n是重要的结果，即使对于均匀间隔的脉冲，复频谱也是均匀间隔的脉冲并且该间隔相同。 由于倒频谱分析中，倒频谱的几种计算方法是z变换后得到的复数，因此在取对数时进行复对数运算。 在这种情况下，存在相位的多值问题，被称为“相位卷”。 若、及其傅立叶变换取复对数关于上述方程式时，其宽度及相位分别取、信号，则在上述方程式中，虽然下一范围全部包含，但下一值可能超过范围。 计算机处理时的总相位值只能用其主值来表现，将该相位主值“展开”后得到连续相位。 因此，(k为整数)此时可能发生相位卷绕。 介绍几种避开相位缠绕求倒谱的方法。，5.5.1最小相位信号法，限制条件：要处理的信号的x(n )必须是最小相位信号。 在实践中，许多信号可视为最小或最小相位信号。 声音信号的模型是极点全部在z平面单位圆内的全极点模型，或者极点全部在z平面单位圆内的极点零点模型。 另外，假设X(z)=N(z)/D(z )是信号x(n )的z转换，则它具有通过z转换获得的微分特性，并且如果x(n )是最小相位信号，则必然是稳定的因果序列。 从、Hilbert变换的性质可知，任意因果倒频谱序列的偶数对称分量和奇对称分量之和：中的两个分量的傅立叶变换都可以分别分解为傅立叶变换的实部和虚部。 可以得到倒谱的性质3，即因果序列可以从其对偶成分中恢复。 当导入一个辅助因子g(n )时，上述式中，基于、最小相位信号法求出复频谱的原理框图如下所示：基于图5.5最小相位信号法求出复频谱的原理框图，5.5.2递归法，条件：仅在最小相位信号的情况下。 根据z变换的微分特性求出针对上式的逆z变换，根据z变换的微分特性，将x(n )作为最小相位序列，有时必定将最小相位信号序列作为因果序列，因此，以及有时能够得到递归式的递归运算而在复频谱中定义，如果x(n )为最大相位序列，则可知其中。实现了5.5.3倒谱的MATLAB，实验中使用的声音样本是Cooledit在普通室内环境下录制的女性声音“我要去北京”，采样频率为8kHz，单声道。 倒谱看了教材，执行结果如图所示。倒频谱的执行结果图、5.6音频的倒频谱分析和应用，5.6.1音频的倒频谱分析原理浊音片段可以认为周期脉冲串激励了线性非时变系统。 类似地，可以认为无声音片段是由于随机噪声刺激线性非时变系统而发生的。 有声语音片段可以表现为，所以z被变换为对无声，该片段可以表现为z， 语音分析的基本作用是解卷，反映频道系统的特性或求同型解卷系统是解决这个问题的有力手段。 根据声音生成模型，(或)的倒频谱(或)具有以下形式，这里的倒频谱窗可以定义为在保存激励成分的情况下选择倒频谱窗。 倒谱窗在对数振幅谱域中平滑工作。 在、语音识别的特征提取中，经常用正弦波的一半或类似的两个小中间大倒频谱窗来处理，其效果更好。 这样的加权倒频谱窗有各种各样的形式，其中一种典型的形式是，这样得到的倒频谱系数称为加权倒频谱系数。语音倒频谱分析系统的方法用于语音分析和集成，从倒频谱的低时间部分计算信道冲击响应，从倒频谱判别无声或浊音，估计浊音的基本音周期等，在语音集成时将信道冲击响应与基准周期冲击或噪声序列进行卷积以合成语音.5.6.2声音的倒频谱应用，1 .基本声音检测声音的倒频谱是将声音的短时间频谱对数化后的IDFT，因此，在倒频谱中反映浊音信号的周期性激励是相同周期的脉冲。 由此，能够根据倒频谱波形估计音调周期。 通常，倒频谱波形的第二脉冲可以是对应于激励源的基频。 用倒谱法求出音调周期的框图和流程图如以下2页所示。 用、图5.10倒频谱法求浊音的基本音周期，用图5.11无声倒频谱、2 .共振