语音中的MFCC和Fbank

时间: 2024-05-19 19:17:54 浏览: 100
的区别是什么? MFCC(Mel-frequency cepstral coefficients)和Fbank(filter banks)都是音频信号处理中常用的特征提取方法。其中,MFCC在人类听觉模型中模拟了耳蜗的工作原理,将频率转换成Mel频率,再采用离散余弦变换(DCT)将信号投影到一个低维的空间中,得到一组提取出来的特征向量。而Fbank则是将音频信号通过一组不同宽度的三角滤波器进行滤波,再通过一些统计特征比如平均值、标准差等得到相应的特征向量。因此,两者的主要区别在于信号的转换方式和特征提取方式不同。
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python实现mfcc

MFCC (Mel Frequency Cepstral Coefficients,梅尔频率倒谱系数) 是一种常用的音频特征提取方法,可以用于语音识别、音乐信息检索等领域。下面是一个简单的 Python 实现: 首先,我们需要导入一些库: ```python import numpy as np from scipy.fftpack import dct from scipy import signal ``` 接下来,定义一个函数来实现 MFCC 特征提取: ```python def mfcc(signal, samplerate=16000, winlen=0.025, winstep=0.01, numcep=13, nfilt=26, nfft=512, lowfreq=0, highfreq=None, preemph=0.97, ceplifter=22): """ Compute MFCC features from an audio signal. """ # Pre-emphasis signal = signal - np.mean(signal) signal = np.append(signal[0], signal[1:] - preemph * signal[:-1]) # Framing winlen = int(winlen * samplerate) winstep = int(winstep * samplerate) frames = signal[:len(signal) - winlen: winstep] * np.hamming(winlen) # Power spectrum pspec = np.abs(np.fft.rfft(frames, nfft))**2 if highfreq is None: highfreq = samplerate / 2 else: highfreq = min(highfreq, samplerate / 2) binfreq = np.fft.rfftfreq(nfft, 1/samplerate) bins = np.arange(nfilt + 2) / (nfilt + 1) * (highfreq - lowfreq) + lowfreq bwidth = bins[1:] - bins[:-1] # Filterbank fbank = np.zeros((nfilt, int(np.floor(nfft / 2 + 1)))) for i in range(nfilt): low = bins[i] center = bins[i + 1] high = bins[i + 2] lbin = np.floor(low * nfft / samplerate) + 1 cbin = np.floor(center * nfft / samplerate) + 1 hbin = np.floor(high * nfft / samplerate) + 1 fbank[i, int(lbin): int(cbin)] = (np.arange(cbin, int(lbin) - 1, -1) - lbin) / (cbin - lbin) fbank[i, int(cbin): int(hbin)] = (hbin - np.arange(cbin, hbin)) / (hbin - cbin) # Apply filterbank feat = np.dot(pspec, fbank.T) feat = np.where(feat == 0, np.finfo(float).eps, feat) feat = np.log(feat) # DCT feat = dct(feat, type=2, axis=1, norm='ortho')[:, :numcep] # Cepstral lifter lifter = 1 + (ceplifter / 2) * np.sin(np.pi * np.arange(numcep) / ceplifter) feat = feat * lifter return feat ``` 其中,`signal` 是输入的音频信号,`samplerate` 是采样率,`winlen` 是窗口长度,`winstep` 是窗口步长,`numcep` 是 MFCC 的维度,`nfilt` 是滤波器组数,`nfft` 是 FFT 的长度,`lowfreq` 和 `highfreq` 是滤波器组的频率范围,`preemph` 是预加重系数,`ceplifter` 是 cepstral lifter 系数。 该函数的返回值是一个二维数组,每行表示一个音频帧的 MFCC 特征。你可以将这些特征作为输入用于下游任务,比如说语音识别。

python实现MFCC计算

MFCC(Mel Frequency Cepstral Coefficients)是一种常用于语音识别和音频处理的特征提取方法,可以将音频信号转化为一组能够描述其特征的系数。以下是Python实现MFCC计算的示例代码: ```python import librosa import numpy as np # Load audio file y, sr = librosa.load('audio.wav', sr=16000) # Pre-emphasis pre_emphasis = 0.97 emphasized_signal = np.append(y[0], y[1:] - pre_emphasis * y[:-1]) # Framing frame_size = 0.025 # 25ms frame_stride = 0.01 # 10ms frame_length, frame_step = frame_size * sr, frame_stride * sr signal_length = len(emphasized_signal) frame_length = int(round(frame_length)) frame_step = int(round(frame_step)) num_frames = int(np.ceil(float(np.abs(signal_length - frame_length)) / frame_step)) pad_signal_length = num_frames * frame_step + frame_length z = np.zeros((pad_signal_length - signal_length)) pad_signal = np.append(emphasized_signal, z) indices = np.tile(np.arange(0, frame_length), (num_frames, 1)) + np.tile( np.arange(0, num_frames * frame_step, frame_step), (frame_length, 1)).T frames = pad_signal[indices.astype(np.int32, copy=False)] # Windowing frames *= np.hamming(frame_length) # Fourier Transform and Power Spectrum NFFT = 512 mag_frames = np.absolute(np.fft.rfft(frames, NFFT)) # Magnitude of the FFT pow_frames = ((1.0 / NFFT) * ((mag_frames) ** 2)) # Power Spectrum # Filter Banks nfilt = 40 low_freq_mel = 0 high_freq_mel = (2595 * np.log10(1 + (sr / 2) / 700)) # Convert Hz to Mel mel_points = np.linspace(low_freq_mel, high_freq_mel, nfilt + 2) # Equally spaced in Mel scale hz_points = (700 * (10 ** (mel_points / 2595) - 1)) # Convert Mel to Hz bin = np.floor((NFFT + 1) * hz_points / sr) fbank = np.zeros((nfilt, int(np.floor(NFFT / 2 + 1)))) for m in range(1, nfilt + 1): f_m_minus = int(bin[m - 1]) # left f_m = int(bin[m]) # center f_m_plus = int(bin[m + 1]) # right for k in range(f_m_minus, f_m): fbank[m - 1, k] = (k - bin[m - 1]) / (bin[m] - bin[m - 1]) for k in range(f_m, f_m_plus): fbank[m - 1, k] = (bin[m + 1] - k) / (bin[m + 1] - bin[m]) # Apply filter banks filter_banks = np.dot(pow_frames, fbank.T) filter_banks = np.where(filter_banks == 0, np.finfo(float).eps, filter_banks) # Numerical Stability filter_banks = 20 * np.log10(filter_banks) # dB # MFCCs num_ceps = 12 mfcc = dct(filter_banks, type=2, axis=1, norm='ortho')[:, 1 : (num_ceps + 1)] # Mean normalization mfcc -= (np.mean(mfcc, axis=0) + 1e-8) print(mfcc) ``` 这里使用了Librosa库来加载音频文件和进行预加重,以及进行帧划分、加窗、傅里叶变换、滤波器组应用和离散余弦变换等步骤。最后,对MFCC系数进行均值归一化。
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