語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革

王小蘭

摘 要 語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)是在MATLAB環(huán)境下進(jìn)行的仿真，針對(duì)當(dāng)前語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，文章根據(jù)語音信號(hào)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際效果以及綜合培養(yǎng)學(xué)生的分析仿真編程能力，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容增加了語音信號(hào)處理的時(shí)域分析實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生實(shí)際看到或者聽到語音信號(hào)處理的相關(guān)結(jié)果與圖譜，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探索性的實(shí)踐改革。

關(guān)鍵詞 語音信號(hào) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 改革

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著AI人工智能的高速發(fā)展，已經(jīng)不再局限于人與人之間的溝通，智能領(lǐng)域和人機(jī)對(duì)話也開始進(jìn)行語言交互。眾所周知，人機(jī)交互是人工智能領(lǐng)域不可或缺的組成部分，人機(jī)交互能完成的前提條件是可進(jìn)行基本的語音識(shí)別與合成，而實(shí)現(xiàn)語音識(shí)別與合成的基礎(chǔ)學(xué)科是語音信號(hào)處理，它是一門新興的邊緣學(xué)科，是語音學(xué)與數(shù)字信號(hào)處理兩個(gè)學(xué)科相結(jié)合的產(chǎn)物。語音信號(hào)處理的發(fā)展依賴于人工智能等學(xué)科的發(fā)展，而語音信號(hào)處理技術(shù)的進(jìn)步也會(huì)促進(jìn)人工智能等領(lǐng)域的進(jìn)步。儼然，語音信號(hào)處理已成為科學(xué)研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

語音信號(hào)處理是以語音語言學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理等為基礎(chǔ)的涉及面很廣的交叉學(xué)科，同時(shí)也是一個(gè)跨學(xué)科的綜合性應(yīng)用研究領(lǐng)域，研究涉及到一系列前沿課題。語音信號(hào)處理以語音為研究對(duì)象，涉及語言學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、人工智能和模式識(shí)別等多項(xiàng)研究領(lǐng)域，主要內(nèi)容包括語音的識(shí)別與合成、語音編碼以及說話人的識(shí)別等。目前高校中的語音信號(hào)處理課程主要從基礎(chǔ)理論、算法實(shí)現(xiàn)及實(shí)際應(yīng)用等幾個(gè)方面來展開教學(xué)。由于該課程的理論涵蓋面廣、理論與概念相對(duì)抽象、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)較多，學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)會(huì)顯得枯燥難懂，因此，課程理論和實(shí)際應(yīng)用的有機(jī)結(jié)合就顯得尤為關(guān)鍵。實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)于理論的理解與掌握起著主導(dǎo)作用，因此，語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)也是一項(xiàng)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)與改革是一個(gè)值得探索的課題。

1語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

1.1基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究與改進(jìn)是根據(jù)實(shí)際的理論教學(xué)現(xiàn)狀和教學(xué)效果進(jìn)行的，現(xiàn)在的語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)主要是基于MATLAB的仿真實(shí)驗(yàn)，理論課時(shí)有40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)共有3個(gè)實(shí)驗(yàn)，總計(jì)8個(gè)學(xué)時(shí)。

實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容有：對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采集與時(shí)頻域的分析處理，其中的主要實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)包括：實(shí)驗(yàn)一：數(shù)字信號(hào)處理綜合實(shí)驗(yàn)。這部分實(shí)驗(yàn)主要是要求：通過MATLAB編程掌握信號(hào)采集的方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣，重構(gòu)，頻譜分析。通過此次實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生自己動(dòng)手，掌握語音信號(hào)錄制與采集的基本方法，采集完成后進(jìn)一步對(duì)該語音信號(hào)進(jìn)行分析。

實(shí)驗(yàn)二：掌握MATLAB設(shè)計(jì)FIR和IIR數(shù)字濾波器的方法，用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)采集的語音信號(hào)進(jìn)行濾波，畫出濾波后語音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，并對(duì)濾波前后的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析信號(hào)發(fā)生的變化。

1.2分析設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三：綜合運(yùn)用語音信號(hào)處理的理論知識(shí)進(jìn)行語音信號(hào)頻譜分析和濾波器的設(shè)計(jì)，用自己設(shè)計(jì)的濾波器對(duì)加入噪聲后的語音信號(hào)進(jìn)行濾波，來實(shí)現(xiàn)對(duì)語音信號(hào)的增強(qiáng)。

2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的探索改進(jìn)

目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容大部分都是在驗(yàn)證仿真基礎(chǔ)上，而本課程的基礎(chǔ)內(nèi)容就是語音信號(hào)的特征參數(shù)分析，因此在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目內(nèi)容的基礎(chǔ)上增加語音信號(hào)時(shí)域特征參數(shù)分析實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。該實(shí)驗(yàn)綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行分幀處理，再對(duì)分幀后的語音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，包括語音信號(hào)的短時(shí)能量、短時(shí)過零率和短時(shí)自相關(guān)，根據(jù)得到的圖形，分析濁音和清音短時(shí)能量、短時(shí)過零率和短時(shí)自相關(guān)的不同，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，建立概念。

3結(jié)語

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能的快速發(fā)展，語音信號(hào)處理技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)課基礎(chǔ)內(nèi)容包括語音信號(hào)的采集和表示、語音信號(hào)的時(shí)域和頻域分析、語音信號(hào)處理的應(yīng)用等方面內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中采用MATLAB軟件進(jìn)行演示，不但可以幫助學(xué)生理解和掌握基本概念，而且可以使課堂教學(xué)更生動(dòng)、更具有吸引力，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是從學(xué)習(xí)知識(shí)到掌握知識(shí)的紐帶，是從理論學(xué)習(xí)到應(yīng)用實(shí)踐的橋梁，具有不可替代的作用，通過該門實(shí)驗(yàn)課可以達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新意識(shí)的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉霞，王秀芳，李艷輝，霍鳳財(cái)，梁紅衛(wèi).新工科背景下語音信號(hào)處理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].價(jià)值工程，2019，38（29）：263-264.

[2] 王青云，梁瑞宇，趙力，馮月芹，包永強(qiáng).實(shí)時(shí)語音信號(hào)處理教學(xué)與實(shí)驗(yàn)方法研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2019，38（09）：186-189+220.

[3] 楊毅，李澤偉，鄧北星，馬曉紅.語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)的改革與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014，33（04）：123-126.

[4] 鄭展恒，韋照川.語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革與探索[J].無線互聯(lián)科技，2016（21）：1-2.

[5] 劉衛(wèi)東，孟曉靜，王艷芬.語音信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究探索[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008（04）：72-74.