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数字语音信号处理

实验指导书

北方学院信息科学与工程学院

电子教研室

2014年1月

前言

语音信号处理是研究用数字信号处理技术和语音学知识对语音信号进行处理的新兴的学科，是目前发展最

为迅速的信息科学研究领域的核心技术之一。通过语音传递信息是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交

换信息形式。同时，语言也是人与机器之间进行通信的重要工具，它是一种理想的人机通信方式，因而可为信

息处理系统建立良好的人机交互环境，进一步推动计算机和其他智能机器的应用，提高社会的信息化程度。

语音信号处理是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域和涉及面很广的交叉学科。虽然从事这一

领域研究的人员主要来自信号与信息处理及计算机应用等学科，但是它与语音学、语言学、声学、认知科学、

生理学、心理学等许多学科也有非常密切的联系。

20世纪60年代中期形成的一系列数字信号处理的理论和算法，如数字滤波器、快速傅立叶变换（FFT）等

是语音信号数字处理的理论和技术基础。随着信息科学技术的飞速发展，语音信号处理取得了重大的进展：进

入70年代之后，提出了用于语音信号的信息压缩和特征提取的线性预测技术（LPC），并已成为语音信号处理

最强有力的工具，广泛应用于语音信号的分析、合成及各个应用领域，以及用于输入语音与参考样本之间时间

匹配的动态规划方法；80年代初一种新的基于聚类分析的高效数据压缩技术—矢量量化（VQ）应用于语音信

号处理中；而用隐马尔可夫模型（HMM）描述语音信号过程的产生是80年代语音信号处理技术的重大发展，

目前HMM已构成了现代语音识别研究的重要基石。近年来人工神经网络(ANN)的研究取得了迅速发展，语音

信号处理的各项课题是促进其发展的重要动力之一，同时，它的许多成果也体现在有关语音信号处理的各项技

术之中。

为了深入理解语音信号数字处理的基础理论、算法原理、研究方法和难点，根据数字语音信号处理教学大

纲，结合课程建设的需求，我们编写了本实验参考书。

本参考书针对教学大纲规定的八个研究设计型实验，每个实验给出了参考程序，目的是起一个抛砖引玉的

作用，学生在学习过程中，可以针对某一个实验进行延伸的创新学习，比如说，语音端点的检测、语音共振峰

提取、基于HMM或DTW的有限词汇或大词汇的特定人、非特定人的语音识别、识别率的提高（如何提高有

噪环境下的识别率）、以及编码问题等，同时在学习中还可深入思考如何将有关的方法在嵌入式系统或DSP下

的实现问题等。

第一章数字语音信号处理教学大纲

一、课程说明

学分数：2.5

总学时：54

学时分配：讲课36学时，实验18学时

适用专业：电子信息科学与技术

二、课程教学的目的与任务

本课程的学习目的是掌握语音信号处理的基本理论、基本分析方法，了解在语音信号处理领域中相关研究

热点，激发学习者对语音处理相关研究方向中的有关兴趣，为以后的开展语音处理相关领域的研究、开发打下

一个良好的基础。本课程是电子信息科学与技术专业的方向模块课。

本门课程的教学分理论和实验教学两部分，理论教学注重培养学生基本问题的分析方法，从而掌握基本的

语音信号处理的理论与概念，理论教学还包括多种形式的自主学习，如网上学习、课外阅读、大型作业、主题

调查、读书报告、分组讨论等。实验教学注重培养学生的动手能力、分析和解决问题的能力。

三、课程教学的基本内容及学时分配

1.语音信号处理概述（理论教学：2学时）

语音信号处理的发展概况，语音信号处理的应用。

2.语音信号的特性及模型（理论教学：2学时）

语音信号的产生，语音信号的特性，语音信号产生的数字模型，语音感知。

3.语音信号的时域分析（理论教学：2学时，自主学习：2学时）

语音信号的数字化和预处理，短时能量分析，短时过零分析，短时