年
月
第
卷 第
期
装 备 指 挥 技 术 学 院 学 报
收稿日期:
作者简介:唐
斌(
),男(汉族),江苏大丰人,硕士研究生;
樊桂花(
),女,副教授,硕士生导师
基于小波变换的语音信号基音周期估计
唐
斌
,
樊桂花
(
装备指挥技术学院 研究生部,北京
;
装备指挥技术学院 测量控制系,北京
)
摘
要:基音周期是语音 信号最 重要的 参数之 一,是 进行语 音 信号 数 字处
理的基础。小波变换具有良好的时频分辨率,为 语音信 号基音 周期提 取提供 了新的
途径。基于小波变换及其多尺度边缘检测的 基本特 性,阐述 了语音 信号基 音周期 估
计的原理、实现方法、算法流程;并给出了实验结果。实验表明:该方法可以实现大动
态范围的语音信号基音周期估计计算,并可获得满足实用的较为精确的结果。
关
键
词:小波变换;语音信号;基音周期
中图分类号:
文献标识码:
文 章 编 号:
(
)
在语音信号数字处理的领域里,无论是编码、
识别,还是合成,确定语音信号的基音周期都是至
关重要的。基音周期是语音信号最重要的参数之
一,基音是指发浊音时声带振动所引起的周期性,
基音周期值是声带振动频率的倒数。由于语音信
号的非平稳性,以及 声 门激 励 波形 并 不是 一 个完
全的周期序列,到目前为止,还没有一个能在任何
情况下较为满意地估计出各种语音信号基音周期
的方法
[
]
。针对语 音 信号 的 特点,处理 语 音 信 号
的一般思想是将 信号 进 行分 帧,在每 帧 中将 信 号
视为平稳的来进行处理。近年发展起来的小波变
换理论对时变信号的分析优于传统的短时傅里叶
变换,它为非平稳信 号 分析 和 处理 提 供了 有 力的
工具
,也为得到较 精确 的 语音 信 号基 音 周期 估 计
方法提供了可能。
1
小波变换的概念
设
ψ
(
狋
)
∈
犔
(
犚
),即
ψ
(
狋
)为 一 平 方 可 积 函
数
,若其傅里叶变换
Ψ
(
ω
)满足
∫
犚
狘
Ψ
(
ω
)
狘
ω
ω
<
∞
(
)
则称
ψ
(
狋
)为母小波函数,并称 式(
)为可 容 许性
条件。小波是由母小 波 函数 通 过平 移 和伸 缩 而产
生的一个函数簇
ψ
犪
,
犫
(
狋
),可表示为
ψ
犪
,
犫
(
狋
)
=
犪
-
ψ
(
狋
-
犫
犪
),
犪
>
,
犫
∈
犚
(
)
设
ψ
(
狋
)满足式(
),则对任何信号
犳
(
狋
)
∈
犔
(
犚
),
定义
犳
(
狋
)的连续小波变换
犠
犳
(
犪
,
犫
)
=
∫
犚
犳
(
狋
)
ψ
犪
,
犫
(
狋
)
狋
=
犪
-
∫
犚
犳
(
狋
)
ψ
(
狋
-
犫
犪
)
狋
(
)
在实际应用 中,特别 是 使用 计 算机 实 现信 号
的小波变换时,需要对连续小波函数离散化,即令
犪
=
犼
,
犫
=
犽
犼
于是有离散的小波变换
犆
犼
犽
(
犳
)
=
∫
犚
犳
(
狋
)
ψ
犼
犽
(
狋
)
狋
(
)
ψ
犼
犽
(
狋
)
=
-
犼
ψ
(
-
犼
狋
-
犽
),
犼
,
犽
∈
犣
(
)
原则上,任何满足可 容许性 条件的
犔
(
犚
)空
间的函数都可作为母 小 波函 数(包括 实 数函 数 或
复数函数、紧支集或非紧支集函数、正则或非正则
函数等
)。但常选取紧支集或近似紧支集的(具有
时域的局部 性)具有 正 则 性 的 (具 有 频 域 的 局 部
性)实数或复数函数作为母小波函数,以便在时频
域都具有较好的局部特性
[
]
。
2
小波变换的基音周期估计原理
信号的剧变点常常反映它最重要的特征。在
语音产生的过程中,由于在声门闭合的瞬间,声道
受到 较 强 的 激 励,在语 音 信 号 中 引 起 一 个 锐 变。
小波变换能检测 出信 号 的这 一 锐变,即相当 于 检
测出声门闭合的 时 刻,那么 所得 到 的相 邻
次锐