翹曲離散傅立葉變換算法與語(yǔ)音處理新方法研究.pdf

1、翹曲離散傅立葉變換(WarpedDiscreteFourierTransform，WDFT)是本世紀(jì)初才剛剛開(kāi)始受到重視的。它提供了在不增加采樣數(shù)目N的情況下，對(duì)任意選定的頻譜區(qū)域增加頻譜精度的一種良好選擇。它可以通過(guò)選擇適當(dāng)階次的全通翹曲函數(shù)并調(diào)整其翹曲參數(shù)從而得到我們選定的任何確切點(diǎn)上的頻譜采樣值，因而可作為數(shù)字信號(hào)處理(DigitalSignalProcessing，DSP)中非常有用的工具?！　DFT與被分析信號(hào)的頻率特性

2、相結(jié)合，通過(guò)選擇全通翹曲函數(shù)及其翹曲參數(shù)，可以將待處理信號(hào)的重點(diǎn)頻段的頻譜精度大幅提高，又能保持信號(hào)非重點(diǎn)頻段的頻譜精度的基本要求。WDFT對(duì)某些特定信號(hào)，特別是語(yǔ)音信號(hào)的分析有相當(dāng)重要的作用。本文在深入分析WDFT的基本理論和快速算法之后，結(jié)合語(yǔ)音信號(hào)的特點(diǎn)，提出了一些基于WDFT的語(yǔ)音信號(hào)處理的新算法，這些新算法的分析效率較傳統(tǒng)算法有較大的提高，并且計(jì)算次數(shù)減少，計(jì)算復(fù)雜度降低。WDFT是DSP領(lǐng)域極為重要的新技術(shù)，本文對(duì)WDFT的

3、理論與算法以及語(yǔ)音處理新方法進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，其主要內(nèi)容及成果如下：　　1.在分析了HMM模型及常用語(yǔ)音特征的基礎(chǔ)上，提出了一種基于WDFT的語(yǔ)音識(shí)別新算法，并給出了新算法的實(shí)現(xiàn)流程。這種新算法是通過(guò)在頻域中非均勻地抽取頻譜來(lái)獲得PLP語(yǔ)音特征的。為更好地?cái)M合頻域上非均勻分布的濾波器組(FilterBank，F(xiàn)B)，我們篩選出合適的翹曲參數(shù)，提高了語(yǔ)音信號(hào)低頻段的頻譜精度，使之更符合人耳的聽(tīng)覺(jué)特征。實(shí)驗(yàn)表明，這種新算法比MFCC算

4、法更適用于語(yǔ)音識(shí)別中比較困難的易混淆音的識(shí)別，從而能達(dá)到更高的識(shí)別率?！　?.提出了一種基于WDFT的改進(jìn)MFCC特征提取新算法，即WDFT-WFBA-MFCC算法。我們知道，加權(quán)濾波器組分析(WeightedFilterBankAnalysis，WFBA)可以提升Mel濾波器組輸出能量的差分分布，當(dāng)采用第Ⅱ型加權(quán)函數(shù)時(shí)，不需要預(yù)先決定模糊因子F，因而其計(jì)算復(fù)雜度更低。考慮在一階全通翹曲函數(shù)中適當(dāng)選取翹曲參數(shù)，便可以很好地?cái)M合非均勻分

5、布的FB，大大提高語(yǔ)音信號(hào)低頻部分的頻譜分辨率，又不丟失高頻部分的信息，更符合人耳的生理心理特征。將本文所提算法應(yīng)用到TIMIT連續(xù)語(yǔ)音數(shù)據(jù)庫(kù)中DR1音素的識(shí)別，得到的結(jié)果表明，新算法較傳統(tǒng)的MFCC算法有更高的識(shí)別率。　　3.計(jì)算聽(tīng)覺(jué)場(chǎng)景分析(ComputationalAuditorySceneAnalysis，CASA)在聲音信號(hào)處理領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價(jià)值已引起越來(lái)越多的關(guān)注。本文在分析了主要的Data驅(qū)動(dòng)型CASA系統(tǒng)(包括：Med

6、dis&Hewilt元音分離系統(tǒng)、Cooke系統(tǒng)、Brown&Cooke系統(tǒng))以及主要的Schema驅(qū)動(dòng)型CASA系統(tǒng)(包括：Klassner&Lesser系統(tǒng)、Ellis系統(tǒng)、Nakateni系統(tǒng)等)之后，結(jié)合混疊語(yǔ)音CASA的研究實(shí)際，提出了一種基于WDFT的語(yǔ)音分離和合成新方法，導(dǎo)出了可實(shí)現(xiàn)的算法及流程。這種新方法能夠充分考慮到人耳的生理心理特性，利用兩條預(yù)估的基頻軌跡，用WDFT頻率估計(jì)算法在頻域?qū)l和諧波頻率進(jìn)行高精度的搜索

7、提取，將頻域中提取的兩個(gè)聲源的譜包絡(luò)參數(shù)分別合成，得到兩個(gè)分離的信號(hào)。由于WDFT算法可對(duì)任意選定的頻域范圍提高頻譜精度，因此對(duì)混疊語(yǔ)音信號(hào)各頻率分量的分離更準(zhǔn)確有效，合成的分離語(yǔ)音與原聲更接近?！　?.在研究了一維翹曲離散傅立葉變換的理論及應(yīng)用之后，本文又將WDFT的概念推廣到了二維，提出了2-DWDFT。根據(jù)2-DNDFT的性質(zhì)和Kronecker積的基本理論，首次論證了簡(jiǎn)化逆2-DWDFT的方法，進(jìn)而推導(dǎo)出2-DWDFT的快速算