語音信號(hào)動(dòng)力學(xué)特性遞歸分析.pdf

1、近年來,隨著語音信號(hào)非線性動(dòng)力學(xué)特性研究的深入以及非線性動(dòng)力學(xué)理論的進(jìn)一步發(fā)展,應(yīng)用非線性方法分析和處理語音信號(hào)成為研究的熱點(diǎn).然而,在應(yīng)用非線性方法分析語音信號(hào)過程中,特別是計(jì)算語音音素的非線性表征量(如相關(guān)維數(shù)和最大Lyapunov指數(shù))精細(xì)定量描述語音特征時(shí),語音信號(hào)的非平穩(wěn)特性和音素采樣點(diǎn)不足這兩個(gè)因素制約了這些方法的應(yīng)用,使得計(jì)算結(jié)果往往波動(dòng)很大,造成了解釋上的誤差.因此,研究針對(duì)非平穩(wěn)語音信號(hào)的新的時(shí)間序列分析技術(shù)和新的特征

2、參數(shù)提取手段成為本文的目的. 首先,論文介紹了利用非線性動(dòng)力學(xué)方法對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行理論性的定性和定量分析.根據(jù)音素的發(fā)聲機(jī)理,討論了濁音的聲門振蕩模式、清音的湍流聲源模式和交互作用模式這三種不同的非線性模式.在研究語音的狀態(tài)空間重構(gòu)中,采用鄰接誤差法和平均互信息法統(tǒng)計(jì)得到語音音素序列重構(gòu)相空間嵌入維數(shù)和延遲時(shí)間,為非線性分析方法分析連續(xù)語音提供了必要條件.通過對(duì)語音音素信號(hào)相關(guān)維數(shù)和最大LyapunoV指數(shù)的計(jì)算,表明了語音信號(hào)的

3、混沌動(dòng)力學(xué)特性.同時(shí),計(jì)算結(jié)果較大的波動(dòng)性表明這兩種非線性參數(shù)只能用作反映語音非線性特征的表征量,而不能用作精細(xì)特征分析. 然后,論文綜述了針對(duì)短時(shí)非平穩(wěn)的時(shí)間序列分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀,討論了遞歸圖和定量遞歸分析技術(shù)的應(yīng)用研究.在遞歸圖分析中,詳細(xì)介紹了遞歸圖的宏觀模式和微觀模式及其所表達(dá)的潛在的動(dòng)力學(xué)含義.討論了定量遞歸分析中的各種不同參量所衡量的動(dòng)力學(xué)遞歸特性.通過從非平穩(wěn)的時(shí)間序列分析、兩時(shí)間序列相關(guān)性分析和噪聲對(duì)定量遞歸分

4、析的影響三個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行的研究討論,說明了遞歸圖和定量遞歸分析技術(shù)分析短時(shí)非穩(wěn)態(tài)時(shí)間序列的有效性. 隨后,將遞歸圖和定量遞歸分析技術(shù)引入語音信號(hào)處理領(lǐng)域.通過二維遞歸圖觀察不同模式的語音信號(hào)內(nèi)部動(dòng)力學(xué)機(jī)理的遞歸現(xiàn)象,使用遞歸量化參數(shù)定量的揭示了語音信號(hào)的遞歸特性.在音素遞歸圖分析中,將語音非線性特征的表現(xiàn)模式和遞歸圖的宏觀模式聯(lián)系起來:濁音的聲門振蕩模式對(duì)應(yīng)于周期模式遞歸圖,清音的湍流聲源模式對(duì)應(yīng)于均態(tài)模式遞歸圖.由于爆破音閉塞段和

5、釋放段動(dòng)力學(xué)性能的劇烈變化,其對(duì)應(yīng)于遞歸圖的突變模式.在二音素遞歸圖分析中,通過遞歸圖上結(jié)構(gòu)特殊的矩形邊界觀察語音動(dòng)力學(xué)機(jī)制突變點(diǎn),并和聲學(xué)上語音音素間邊界點(diǎn)對(duì)應(yīng).通過觀察遞歸圖和遞歸量化參數(shù)變化,分析了高斯白噪聲信號(hào)對(duì)語音相空間軌道的影響,提出增大臨界距離降低噪聲影響的方案. 最后,為了驗(yàn)證遞歸圖和定量遞歸分析技術(shù)研究語音信號(hào)的有效性,本文分別對(duì)三種語音信號(hào)處理領(lǐng)域,利用不同的遞歸量化參數(shù)定量分析了語音動(dòng)力系統(tǒng)不同側(cè)面的動(dòng)力學(xué)

6、特性遞歸行為. 在語音自動(dòng)切分技術(shù)研究方面,通過遞歸趨勢這一衡量系統(tǒng)穩(wěn)定性程度的特征參數(shù),揭示了語音產(chǎn)生過程中的非平穩(wěn)性.結(jié)合基于HMM模型的連續(xù)語音自動(dòng)切分方法,從定位語音動(dòng)力學(xué)機(jī)制突變點(diǎn)的角度調(diào)整音素(聲韻母)初始切分邊界,提高自動(dòng)切分精度.針對(duì)三種連續(xù)語音數(shù)據(jù)庫,實(shí)驗(yàn)取得了良好效果. 在噪聲環(huán)境下語音邊界檢測技術(shù)研究方面,通過信號(hào)遞歸度這一衡量系統(tǒng)相空間內(nèi)向量點(diǎn)遞歸頻率及軌跡在相空間內(nèi)的聚集度變化的特征參數(shù),分析語

7、音/噪聲的信源系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性差異,設(shè)定雙門限檢測語音端點(diǎn).和傳統(tǒng)的能量法、倒譜距離測度法比較,準(zhǔn)確率較高. 在語音清濁音判定技術(shù)研究方面,通過統(tǒng)計(jì)確定性和歸一化最長對(duì)角線這兩種衡量動(dòng)力系統(tǒng)確定性程度的特征參數(shù),得到清濁音的顯著差異.設(shè)計(jì)兩種判決框架,分別側(cè)重清、濁音判決要求.和其它傳統(tǒng)判決方法比較,誤判率有明顯降低. 以上是作者在這篇學(xué)位論文中的主要研究工作,本文首次將遞歸圖和定量遞歸分析技術(shù)引入語音信號(hào)處理研究中,利用