《語音信號處理》課程教學(xué)大綱

1、語音信號處理課程教學(xué)大綱課程編號：0806708064課程名稱：語音信號處理英文名稱：Speech Signal Processing課程類型：專業(yè)任選課總 學(xué) 時：32 講課學(xué)時：24 實驗學(xué)時：8學(xué)分：2適用對象：電子信息工程及相關(guān)專業(yè)四年制本科生先修課程：信號與線性系統(tǒng)、數(shù)字信號處理一、課程性質(zhì)、目的和任務(wù) 本課程是“電子信息工程”專業(yè)的一門專業(yè)任選課。其目的是使學(xué)生了解并掌握語音信號的各種分析和處理技術(shù)（包括時域處理、頻域處理、同態(tài)處理、線性預(yù)測分析、矢量量化、隱馬爾可夫模型等）及其在語音壓縮、語音編碼、語音識別、語音增強(qiáng)、說話人識別、語音信息隱藏及水印領(lǐng)域的應(yīng)用。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)

2、生可以掌握語音信號處理的基礎(chǔ)、原理、方法和應(yīng)用，為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)以及畢業(yè)后從事專業(yè)工作打下必要的基礎(chǔ)。二、教學(xué)基本要求 本課程以語音信號的各種分析和處理技術(shù)為研究對象，以時域處理、頻域處理以及語音編碼為重點(diǎn)。學(xué)完本課程應(yīng)達(dá)到以下基本要求：1理解語音、語音信號處理的概念，了解語音信號處理的發(fā)展概況及其應(yīng)用，掌握語音信號產(chǎn)生的數(shù)字模型，了解人類的聽覺系統(tǒng)的特性。2理解并掌握語音信號的能量、過零、相關(guān)等各種時域分析方法，理解并掌握語音信號短時傅里葉變換的方法及其性質(zhì)，了解語音信號同態(tài)濾波的概念，及倒譜的求解方法和性質(zhì)。3掌握線性預(yù)測分析的基本原理、解法及預(yù)測系數(shù)的各種表達(dá)形式，掌握矢量量化的基本原

3、理及對語音參數(shù)進(jìn)行矢量量化的方法；了解隱馬爾可夫模型的定義及其三項問題的求解。4了解基音檢測，共振峰估值等常用時、頻分析方法；了解語音合成的基本原理和常用的合成方法。5掌握語音波形編碼的基本原理，了解常用的波形編碼方法，理解聲碼器技術(shù)及混合編碼的基本原理，了解相應(yīng)的編碼方法。6正確理解語音識別的基本原理及DTW、HMM識別技術(shù)，了解說話人識別的特征選取方法和說話人識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。7了解語音增強(qiáng)的基本原理及常用的增強(qiáng)方法。8了解語音信息隱藏及語音水印基本原理及常用的方法。三、教學(xué)內(nèi)容及要求 （此部分根據(jù)具體課程，可以按照章節(jié)列出具體內(nèi)容，也可以根據(jù)內(nèi)容分塊）1緒論部分（1）了解本課程的性質(zhì)和任務(wù)

4、；理解并掌握語音、語音信號處理的基本概念，了解語音信號處理的發(fā)展概況及其應(yīng)用。（2）理解語音信號處理的基本過程，了解語音信號的特性和語音信號產(chǎn)生的數(shù)字模型，了解語音感知的概念；掌握語音信號產(chǎn)生的數(shù)字模型，了解人類的聽覺系統(tǒng)的特性。2語音信號的時域分析和短時傅里葉分析（1）了解語音信號的時域分析的基本概念，理解并掌握語音信號的數(shù)字化和預(yù)處理過程。（2）理解短時能量分析、短時過零分析和短時相關(guān)分析的基本概念，掌握語音信號的能量、過零、相關(guān)等各種時域分析方法。（3）理解語音信號的短時傅里葉分析的基本概念，理解短時傅里葉變換的取樣率，掌握語音信號的短時綜合方法，掌握語譜圖的基本概念。3語音信號的同態(tài)濾

5、波及倒譜分析（1）掌握語音信號同態(tài)濾波的概念，及倒譜的求解方法和性質(zhì)。理解并同態(tài)信號處理的基本原理。（2）理解復(fù)倒譜和倒譜的基本概念，掌握語音信號兩個卷積分量復(fù)倒譜的性質(zhì)；理解并掌握避免相位卷繞的算法；理解語音信號復(fù)倒譜分析實例。4語音信號的線性預(yù)測分析（1）掌握線性預(yù)測分析的基本原理，理解并掌握線性預(yù)測方程組的建立過程；理解并掌握線性預(yù)測分析的兩類解法：自相關(guān)法和協(xié)方差法，格型法。（2）了解線性預(yù)測分析的應(yīng)用：LPC譜估計和LPC復(fù)倒譜，了解線譜對（LSP）分析；了解極零模型。5語音信號的矢量量化（1）理解并掌握矢量量化的基本原理，了解失真測度的概念（2）理解并掌握最佳矢量量化器和碼本的設(shè)計

6、方法，了解降低復(fù)雜度大的矢量量化系統(tǒng)，理解并掌握語音參數(shù)的矢量量化的方法。6語音檢測分析了解語音檢測分析的基本方法，了解基音檢測，共振峰估值等常用的時、頻分析方法。7語音編碼和語音合成（1）了解波形編碼的基本概念，掌握語音波形編碼的基本原理：語音信號的壓縮編碼原理。（2）了解常用的波形編碼方法：脈沖編碼調(diào)制（PCM）及其自適應(yīng)，預(yù)測編碼及其自適應(yīng)APC，自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）及自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM），子帶編碼（SBC），自適應(yīng)變換編碼（ATC）。（3）掌握聲碼器技術(shù)及混合編碼的基本原理，掌握聲碼器的基本結(jié)構(gòu)，了解相位聲碼器和通道聲碼器，同態(tài)聲碼器和線性預(yù)測聲碼器（4）了解與聲碼

7、器相關(guān)的編碼方法：混合編碼，了解各種語音編碼方法的比較，了解語音編碼的性能指標(biāo)和質(zhì)量評價。（5）掌握語音合成的基本原理，了解常用的合成方法：共振峰合成和線性預(yù)測合成。8語音識別和說話人識別（1）掌握語音識別的基本原理，了解HMM技術(shù)，掌握有限狀態(tài)矢量量化技術(shù)等識別技術(shù)。（2）了解孤立詞識別系統(tǒng)，了解連續(xù)語音識別的相關(guān)技術(shù)。（3）了解說話人識別的基本概念，了解說話人識別的特征選取方法。（4）了解說話人識別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，了解說話人識別中的識別方法。9語音增強(qiáng)（1）了解語音特性、人耳感知特性及噪聲特性，掌握語音增強(qiáng)的基本原理。（2）掌握語音增強(qiáng)的常用增強(qiáng)方法：濾波器法，非線性處理，減譜法，自相關(guān)相減法

8、和自適應(yīng)噪聲對消。（3）了解基于子波分析技術(shù)的語音增強(qiáng)。10語音信息隱藏（1）了解語音信息隱藏基本原理；（2）掌握常用時域嵌入算法特別是回聲算法及其相關(guān)提取算法；（3）掌握變換域嵌入算法特別是DCT算法、傅立葉變換算法等。四、所含實踐環(huán)節(jié)包含8個課時的實驗。五、課外習(xí)題及課程討論 為達(dá)到本課程的教學(xué)基本要求，課外習(xí)題（包括自測題）不應(yīng)少于20題。六、教學(xué)方法與手段 本課程采用板書與多媒體課件結(jié)合的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。七、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配 章節(jié)（或內(nèi)容）講課習(xí)題課討論課實驗其它合計緒論部分22語音信號的時域分析和短時傅里葉分析426語音信號的同態(tài)濾波及倒譜分析22語音信號的線性預(yù)測分析44語音信

9、號的矢量量化22語音檢測分析22語音編碼和語音合成426語音識別和說話人識別22語音增強(qiáng)224語音信息隱藏224合 計2832八、課程成績評定辦法 本課程為考查課程，期末考試為閉卷筆試。學(xué)生的課程總評成績由平時成績（占30%）和期末考試成績（70%）兩部分構(gòu)成，平時成績中實驗成績占15%，出勤、作業(yè)、課堂測驗、學(xué)習(xí)主動性等占15%。九、推薦教材和教學(xué)參考書 教 材：語音信號處理第2版，趙力編著，機(jī)械工業(yè)出版社，2009年。參考書：語音信號數(shù)字處理，楊行峻編著，電子工業(yè)出版社，1995年。語音信號數(shù)字處理，L.R.拉賓納，R.W.謝弗編著，朱雪龍等譯，科學(xué)出版社。十、說明 本大綱適用通信工程系以

10、及康尼學(xué)院的相關(guān)專業(yè)，根據(jù)授課當(dāng)時數(shù)字語音處理技術(shù)的發(fā)展，更改相關(guān)授課內(nèi)容。大綱制訂人：包永強(qiáng)大綱審定人：王青云制訂日期：2009年5月語音信號處理實驗教學(xué)大綱一、實驗教學(xué)目標(biāo)與基本要求本課程是電子信息工程專業(yè)本科生專業(yè)選修課程。實驗教學(xué)目標(biāo)與基本要求：通過實驗，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對本課程的理解，并在此基礎(chǔ)上使學(xué)生進(jìn)一步掌握語音信號處理的基本概念、基本理論和這些理論在實際過程中的應(yīng)用，特別是要把學(xué)到的語音信號處理的各種方法靈活應(yīng)用到實際中，為學(xué)生走向工作崗位奠定堅實的基礎(chǔ)。二、本實驗課程的基本理論與實驗技術(shù)知識本實驗課程的基本理論包括：語音信號的時域、頻域處理方法，語音信號基音和共振峰檢測的方法，

11、語音編碼、語音增強(qiáng)方法和語音信息隱藏嵌入和提取方法的基本內(nèi)容、性質(zhì)與應(yīng)用。本實驗屬于專業(yè)選修課語音信號處理的課內(nèi)實驗，在實驗過程中，一方面加強(qiáng)學(xué)生對時頻域語音信號處理、語音特征參數(shù)提取、語音編碼和語音增強(qiáng)的基本理論、基本知識和基本技能的理解和掌握，為進(jìn)一步的研究打下基礎(chǔ)；另一方面提高對MATLAB及語音處理工具箱的理解和應(yīng)用能力。三、實驗方法、特點(diǎn)與基本要求1、基本操作技能正確使用MATLAB軟件/語言的編輯和編譯環(huán)境，訓(xùn)練學(xué)生基本的上機(jī)技能，掌握MATLAB編程方法，掌握語音信號處理工具箱，掌握有關(guān)的矩陣操作命令。驗證所學(xué)的語音信號處理算法、加深和鞏固對所學(xué)知識的認(rèn)識和了解。2、設(shè)計性實驗在

12、已具備基本實驗技能的前提下，根據(jù)所學(xué)習(xí)的有關(guān)語音信號處理方法，完成實驗所要求的特定功能程序的設(shè)計。由學(xué)生自己根據(jù)所學(xué)習(xí)的語音信號處理知識編制實現(xiàn)的程序，獨(dú)立操作完成設(shè)計性實驗的程序的編輯和調(diào)試，寫出實驗報告。設(shè)計性實驗主要培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題的能力。四、實驗主要儀器設(shè)備多媒體電腦、MatLab軟件/語言、實驗所需要的語音素材。五、實驗項目的設(shè)置與內(nèi)容提要序號實驗項目內(nèi) 容 提 要實驗學(xué)時實驗類型每組人數(shù)實驗要求1語音信號分析顯示語音信號的波形、頻譜；給出指定語音的語譜圖；繪出語音信號的基音和共振峰；2驗證1必做2語音編碼對語音信號進(jìn)行ADPCM編碼和子帶編碼；2設(shè)計1必做3語音增強(qiáng)對語音信號疊加各類噪聲；維納濾波；譜減濾波；2綜合1必做4語音信息隱藏回聲算法；2設(shè)計1必做注：具體實驗時可根據(jù)當(dāng)時的程序設(shè)計方法的發(fā)展和學(xué)生對各部分知識點(diǎn)的掌握情況對上機(jī)實驗的內(nèi)容、順序和所花的學(xué)時作適當(dāng)調(diào)整。六、實驗報告要求實驗報告由實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容、實驗步驟、實驗結(jié)果及上機(jī)中出現(xiàn)的問題等