语音识别与生成:科大讯飞:科大讯飞语音识别技术概览.pdf

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语音识别与生成:科大讯飞:科大讯飞语音识别技术概览

1语音识别基础

1.1语音信号处理

语音信号处理是语音识别技术的基石,它涉及对原始语音信号进行预处理,

以去除噪声、增强信号、并将其转换为适合后续处理的形式。这一过程通常包

括以下步骤:

1.预加重:通过预加重滤波器增强信号的高频部分,以补偿语音信

号在传输过程中的高频衰减。

2.分帧:将连续的语音信号分割成一系列短时帧,每帧通常包含20-

30毫秒的语音。

3.加窗:对每一帧应用汉明窗或海明窗,以减少帧边缘的不连续性,

避免频谱泄漏。

4.傅里叶变换:使用快速傅里叶变换(FFT)将时域信号转换为频域信

号,得到每一帧的频谱。

5.能量计算:计算每一帧的总能量或短时能量,用于语音活动检测

(VAD)。

1.1.1示例代码:预加重滤波器

importnumpyasnp

defpre_emphasis(signal,coeff=0.97):

对语音信号进行预加重处理。

参数:

signal:原始语音信号,一维numpy数组。

coeff:预加重系数,默认为0.97。

返回:

加重后的语音信号。

returnnp.append(signal[0],signal[1:]-coeff*signal[:-1])

#示例数据

signal=np.random.rand(1000)#生成随机信号作为示例

pre_emphasized_signal=pre_emphasis(signal)

1

#打印前10个样本点

print(pre_emphasized_signal[:10])

1.2特征提取技术

特征提取是从预处理后的语音信号中提取出对语音识别有用的特征,这些

特征能够反映语音的声学特性。常用的特征提取技术包括:

1.梅尔频率倒谱系数(MFCC):通过模拟人耳的频率响应,将频谱转

换为梅尔频谱,再进行离散余弦变换(DCT)得到。

2.线性预测编码(LPC):基于语音信号的线性预测模型,提取反映声

道特性的参数。

3.感知线性预测(PLP):类似于MFCC,但使用更复杂的感知加权滤

波器。

1.2.1示例代码:计算MFCC

importlibrosa

defcalculate_mfcc(signal,sample_rate=16000,n_mfcc=13):

使用librosa库计算MFCC特征。

参数:

signal:预处理后的语音信号,一维numpy数组。

sample_rate:采样率,默认为16000Hz。

n_mfcc:MFCC系数的数量,默认为13。

返回:

MFCC特征矩阵。

mfccs=librosa.feature.mfcc(y=signal,sr=sample_rate,n_mfcc=n_mfcc)

returnmfccs

#示例数据

signal,sr=librosa.load(librosa.example(libri1),duration=5)#加载示例语音信号

mfcc_features=calculate_mfcc(signal,sample_rate=sr)

#打印MFCC特征矩阵的形状

print(mfcc_features.shape)

1.3声学模型与语言模型

声学模型和语言模型是语音识别系统的核心组成部分,它们分别负责识别

2

语音的声学特征和理解语音的语义内容。

1.3.1声学模型

声学模型学习语音信号与音素或字的对应关系,常用的模型有:

1.高斯混合模型(GMM):使用多个高斯分布来建模每个音素的声学

特征。

2.隐马尔可夫模型(HMM):结合GMM,用于建模音素的时序特性。

3.深度神经网络(DNN):利用多层神经网络来学习

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