基于壓縮感知理論的語音特性分析和研究.pdf

1、近年來，信息技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣理論中的極限采樣率制約了人們與日俱增的龐大信息量獲取的需求，因而壓縮感知理論一出現(xiàn)即以其遠低于奈奎斯特采樣速率的特點備受關注，成為國內外的研究熱點。本文將壓縮感知技術與語音信號處理相結合，研究基于壓縮感知理論的語音特性分析技術，即在非重構原始語音信號的情況下，分析和研究語音壓縮采樣后觀測序列的新特性，從而提出直接從觀測序列提取語音特征參數(shù)的新方法，例如判別清濁音和基音周期，并利用觀測采樣序列

2、能量特性進行語音端點檢測等，這些都是未來基于壓縮感知理論的語音信號處理技術走向實際應用必不可少的前提。
　　首先，本文根據(jù)壓縮感知理論，研究和分析語音信號壓縮感知觀測序列的特性；論文分析了傳統(tǒng)奈奎斯特采樣中能量和過零率兩種清濁音判別法在語音壓縮感知環(huán)境中的適用性。然后根據(jù)語音產(chǎn)生的數(shù)字模型來分析清音和濁音的特性，從而得出結論：語音清音的觀測序列具有近似高斯信號的特性，而濁音的觀測序列具有非高斯信號的特性，基于這種特性來設計一種直接

3、針對壓縮感知觀測序列的三階累積量來判別清音和濁音的新方法，并給出了在含噪和無噪情況下，該方法與基于壓縮采樣序列能量判別法、經(jīng)典的奈奎斯特采樣中的能量判別法在準確性和計算量兩個方面的比較結果。實驗表明，本文提出的方法抗噪性能更好。
　　其次，論文分析語音壓縮感知觀測序列的波形特點，從數(shù)學的角度證明濁音經(jīng)行階梯矩陣投影后呈現(xiàn)新的周期性的特點，并給出了觀測序列波形的周期與原語音信號周期的關系。然后提出由觀測序列的自相關函數(shù)和平均幅度差函

4、數(shù)求出原始濁音周期的方法，而清音的觀測序列并無周期性，由此也可以判別清音和濁音，同時計算量大大減少。
　　第三，論文證明觀測序列的能量可近似為原語音信號的能量估計，在此基礎上將估計得到的語音能量做為語音端點檢測的依據(jù)。然后在不同的信噪比下進行語音端點檢測，與基于壓縮感知觀測序列倒譜距離、傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣中能量的語音端點檢測方法相比，這種方法減少了計算量。同時，論文提出一種能量和高階累積量相結合的端點檢測方法，在信噪比較低的情況下

5、獲得較好的檢測效果。
　　本文最后一個研究內容是語音信號的功率譜估計，由壓縮采樣序列與原語音序列的關系式，推導出壓縮采樣序列功率譜密度與原語音序列功率譜密度的關系式，并應用壓縮感知理論重構來得到原語音信號的功率譜估計。通過Matlab仿真實驗給出了這種基于壓縮采樣序列非完全重構的功率譜估計與重構信號的功率譜估計在計算量和準確度方面的比較，并根據(jù)估計結果對語音的頻率成分進行分析。在此基礎上，本文用“譜減法”對含噪語音作消噪處理，信噪