基于数学形态学的语音信号处理方法研究

摘要

语音信号处理是一门涉及面很广的交叉性学科,是许多信息领域应用中的核心技术之一.语音信号是一种复杂的非线性、非平稳信号,近年来发展并完善起来的各种非线性计算理论逐步引入到语音信号处理过程中,弥补了传统线性处理方法的不足.形态滤波器作为非线性滤波领域的一个重要分支,近年来有了较大的发展,并在图象处理,生物医学等方面取得了成功的应用.在语音信号处理方面,人们也丌始探索形态滤波器的应用,但大都还是基于图像处理的阶段,如处理语谱图或将一维信号转化为二维图象信号进行处理,这无疑都有非常大的计算复杂度.语音信号的基音周期是各种语音信号处理领域的一个非常重要的基本参数,目前已有多种基音检测算法,但都有一定的局限性.本文主要致力于研究形态学在语音信号处理中的基音检测方法的研究,将形态滤波器直接应用于一维语音时域波形信号.本文提出了两种基于形态滤波的基音检测方法,其一是采用平结构元素和半波正弦结构元素组合构成的非线性滤波器与传统线性滤波器相结合的方法进行滤波,对简化的信号采用自相关法得到基音轨迹;其二是只采用较大的平结构元素对信号进行滤波,取出信号的波峰或波谷,直接计算得到基音周期.此外,本文还提出了一种基于形态滤波的基音轨迹平滑方法.上述内容均分别进行了仿真实验和数据分析,并同传统的方法进行了比较.实验结果表明,这种基于形态滤波的非线性语音处理方法是可行的,而且在某些方面要优于传统的处理方法.由于形态滤波具有算法简单、效果直观和运算速度快等优点,很有可能在非线性语音信号处理领域中发挥重要的作用.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1语音处理技术的发展概况

§1-2语音与常用语音分析方法

1-2-1语音的基本特性

1-2-2常用语音信号分析方法

§1-3基音检测及其后处理的现状

1-3-1基音检测的现状

1-3-2基音检测后处理简介

§1-4本文的主要研究内容

第二章数字形态滤波器原理及应用

§2-1数学形态学的产生及发展过程

§2-2数学形态学基本原理

2-2-1二值形态学

2-2-2灰度形态学

§2-3数字形态滤波器的理论及发展方向

第三章基于形态滤波的基音检测新方法

§3-1基于数字形态滤波的基音检测

3-1-1形态滤波器设计的理论依据

3-1-2形态学滤波器的基本算法设计

§3-2新算法的基音检测结果及性能分析

3-2-1实验结果及分析

3-2-2基音检测方案及仿真结果

3-2-3算法性能评价

§3-3小结

第四章语音基音轨迹的形态学平滑

§4-1形态滤波器的设计

4-1-1结构元素的选择

4-1-2滤波器的构造

§4-2仿真试验结果及分析

4-2-1实验过程

4-2-2试验结果及分析

§4-3小结

第五章形态滤波用于汉语语音基音提取方法的研究

§5-1声调获取

§5-2形态滤波检测峰、谷值原理

§5-3基音检测实验结果及结论

5-3-1实验步骤

5-3-2实验结果及结论

5-3-3实验得到的声调模式

§5-4小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的相关科研成果