1.根据基于双门限法、相关法、谱熵法等的语音端点检测原理,编写程序实现语音信号的端点检测函数, (1)画出算法实现的流程图; (2)函数输出参数包括:voiceseg是一个数据结构,记录了语音端点的信息;vsl是voiceseg 的长度;SF是语音帧标志(SF=1表示该帧是语音段);NF是噪声/无声帧标志(NF=1表示该帧是噪声/无声段)……。 (3)基于一段语音文件(自己的学号的录音)验证所写的端点检测算法,图例如2-1所示。 图2-1 双门限法端点检测例图 2.【扩展部分】往语音中添加不同信噪比的白噪声,观察端点检测的效果,并分析改进算法的思路。

时间: 2023-06-14 08:07:49 浏览: 175
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基于改进型双门限语音端点检测算法的研究

1. 端点检测算法实现流程图: ![端点检测算法实现流程图](https://i.ibb.co/hgzvWv1/endpoint-detection-flowchart.png) 2. 端点检测函数代码实现: ```python import numpy as np def endpoint_detection(signal, sr, frame_size=0.025, frame_stride=0.01, energy_threshold_ratio=1.5, zcr_threshold_ratio=0.5): # 1. Pre-emphasis pre_emphasis = 0.97 emphasized_signal = np.append(signal[0], signal[1:] - pre_emphasis * signal[:-1]) # 2. Frame blocking and windowing 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)] frames *= np.hamming(frame_length) # 3. Feature extraction (short-term energy and zero-crossing rate) st_energy = np.sum(np.power(frames, 2), axis=1) st_zcr = np.sum(np.abs(np.diff(np.sign(frames))), axis=1) / 2 # 4. Threshold computation energy_threshold = energy_threshold_ratio * np.mean(st_energy) zcr_threshold = zcr_threshold_ratio * np.mean(st_zcr) # 5. Endpoint detection sf, nf = np.zeros((num_frames, 1)), np.zeros((num_frames, 1)) for i in range(num_frames): if st_energy[i] > energy_threshold: sf[i] = 1 if st_zcr[i] > zcr_threshold: nf[i] = 1 # 6. Post-processing (speech segment detection based on speech and non-speech frame sequences) seq = np.concatenate(([0], np.diff(sf.T))) start = np.where(seq == 1)[0] * frame_step end = np.where(seq == -1)[0] * frame_step if len(end) == 0: end = np.array([signal_length]) if len(start) == 0: start = np.array([0]) if end[0] < start[0]: end = end[1:] if len(end) > len(start): end = end[:-1] duration = end - start min_duration = 0.1 voiceseg = np.compress(duration > min_duration * sr, np.vstack((start, end)).T, axis=0) vsl = len(voiceseg) return voiceseg, vsl, sf, nf ``` 3. 基于一段语音文件验证端点检测算法代码实现: ```python import librosa import librosa.display import matplotlib.pyplot as plt # Load audio file filename = 'your_student_id.wav' signal, sr = librosa.load(filename, sr=None, mono=True) # Perform endpoint detection voiceseg, vsl, sf, nf = endpoint_detection(signal, sr) # Visualize speech/non-speech frames plt.figure(figsize=(14, 5)) plt.subplot(2, 1, 1) librosa.display.waveplot(signal, sr=sr, alpha=0.5) plt.vlines(voiceseg[:, 0], -1, 1, color='r', linestyle='--', label='Speech Segments') plt.legend(loc='upper right') plt.title('Speech Segments Detected using Endpoint Detection') plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Amplitude') plt.xlim(0, len(signal) / sr) plt.subplot(2, 1, 2) plt.plot(sf, color='b', label='Speech Frame') plt.plot(nf, color='g', label='Non-Speech Frame') plt.legend(loc='upper right') plt.xlabel('Frame Index') plt.ylabel('Frame Label') plt.xlim(0, len(sf)) plt.ylim(-0.1, 1.1) plt.tight_layout() plt.show() ``` 4. 扩展部分:往语音中添加不同信噪比的白噪声,观察端点检测的效果,并分析改进算法的思路。 ```python import librosa import librosa.display import matplotlib.pyplot as plt from scipy.io import wavfile from scipy.signal import lfilter, firwin # Load audio file filename = "your_student_id.wav" signal, sr = librosa.load(filename, sr=None, mono=True) # Add white noise to signal with different SNRs snrs = [-5, 0, 5, 10, 15] noisy_signals = [] for snr in snrs: noise = np.random.randn(len(signal)) signal_power = np.sum(signal ** 2) / len(signal) noise_power = np.sum(noise ** 2) / len(noise) noise = np.sqrt(signal_power / (noise_power * 10 ** (snr / 10))) * noise noisy_signal = signal + noise noisy_signals.append(noisy_signal) # Perform endpoint detection on noisy signals voicesegs = [] for noisy_signal in noisy_signals: voiceseg, vsl, sf, nf = endpoint_detection(noisy_signal, sr) voicesegs.append(voiceseg) # Visualize speech/non-speech frames for different SNRs plt.figure(figsize=(14, 10)) for i in range(len(snrs)): plt.subplot(len(snrs), 1, i+1) librosa.display.waveplot(noisy_signals[i], sr=sr, alpha=0.5) plt.vlines(voicesegs[i][:, 0], -1, 1, color='r', linestyle='--', label='Speech Segments') plt.legend(loc='upper right') plt.title(f'Speech Segments Detected using Endpoint Detection with SNR={snrs[i]}dB') plt.xlabel('Time (s)') plt.ylabel('Amplitude') plt.xlim(0, len(noisy_signals[i]) / sr) plt.tight_layout() plt.show() ``` 改进算法的思路可以考虑使用深度学习模型,例如卷积神经网络(CNN)或长短时记忆网络(LSTM)等,来提取语音信号的高级特征并进行端点检测。此外,可以考虑使用自适应门限、动态门限等方法来进一步提高端点检测的准确性。
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