《語音信號處理》課程教學改革研究

謝紹國

（安慶師范大學，安徽 安慶 246133）

《語音信號處理》課程教學改革研究

謝紹國

（安慶師范大學，安徽 安慶 246133）

“語音信號處理”課程是安慶師范大學通信工程專業本科生的專業選修課，結合學校課程開設的實際情況，從理論教學、實驗教學、實踐教學和教學手段等方面展開研究。該課程的教學改革對培養學生的學習能力、創造能力和實踐能力起到了至關重要的作用。

語音信號處理；實驗教學；改革；教學手段

0 引言

《語音信號處理》課程是安慶師范大學計算機與信息學院通信工程專業本科生的一門專業選修課程，是以語音語言學和數字信號處理為基礎而形成的一門涉及面很廣的綜合性的學科，與心理生理學、計算機科學、通信與信息科學以及模式識別和人工智能等學科都有著非常密切的聯系。“語音信號處理”課程的總學時數為68學時，其中理論教學34學時，實驗教學34學時，教材選用趙力編著的《語音信號處理》（第二版）。該教材內容主要包含以下幾個部分：語音信號處理基礎知識、語音信號分析和處理技術、語音信號處理應用的原理和方法等。本課程的教學目的是要求學生了解和掌握語音信號處理的基本內容和方法，包括時域分析、頻域分析、倒譜分析、矢量量化技術、同態分析、線性預測分析、共振峰檢測方法等；掌握語音信號處理的一些應用，主要有語音編碼、語音合成、語音識別說話人識別等。學生通過了解和掌握語音信號處理的基本內容和方法及語音信號處理的一些應用，為今后的科學研究和社會實踐打下堅實的基礎。

本課程理論性和實踐性較強，課程內容較多，并且與《信號與系統》、《數字信號處理》等課程有直接的關系。針對該課程內容多、學時少的特點，為了讓學生在有限的學時內掌握本課程的重點內容，我們從理論教學改革、實驗教學改革、實踐教學改革和教學手段改革等方面進行研究并實施教學實踐。

1 課程教學改革的內容

1.1 理論教學改革

由于受到理論教學學時的限制，《語音信號處理》課程的理論教學內容主要講授教材的第一章到第九章。第一章介紹語音信號處理的基礎知識，重點講授語音信號的數學模型。第二章到第五章的內容重點講解語音信號的分析方法和處理技術，主要包括：語音信號的數字化和預處理、時域分析、頻域分析、倒譜分析、線性預測分析、基音周期估計、矢量量化技術和隱馬爾可夫模型等。語音信號的數字化和預處理主要介紹窗函數，掌握窗的類型和寬度的選取。時域分析和頻域分析在《數字信號處理》課程中已經介紹，這里主要介紹它們在語音信號處理中的物理意義。倒譜分析主要講解同態處理技術對語音信號進行解卷，重點掌握解卷過程。線性預測分析介紹如何估計其預測參數，介紹線性預測的基本原理和語音信號數字模型之間的密切關系。基音周期估計主要講授自相關法估計基音周期。矢量量化技術主要介紹其原理和最佳碼本設計。隱馬爾可夫模型主要講解隱馬爾可夫模型的定義和基本算法，本科生學習隱馬爾可夫模型有一定的難度，關于隱馬爾可夫模型的其他內容不再講授，感興趣的學生可以自行學習。由于第六章內容難度較大，因此主要講授人工神經網絡的概念、構成、網絡模型及其主要算法，讓學生對人工神經網絡有個基礎的了解。第七章語音編碼主要講解語音信號壓縮編碼的原理，重點講解語音信號的波形編碼、參數編碼和混合編碼。第八章語音合成重點講解共振峰合成法和線性預測合成法。第九章講解語音識別原理和識別系統的組成。

1.2 實驗教學改革

《語音信號處理》課程是一門理論性和實踐性非常強的專業課程，因此實驗教學環節非常重要，它不僅能加深學生對基礎知識的理解和掌握，而且能夠提高學生的創造能力和實踐能力。改革中我們增加了實驗學時，使得實驗學時達到51學時。實驗內容為理論教學的重點內容，既包含驗證性實驗，也包含設計性實驗。《語音信號處理》實驗可以讓學生深入掌握語音信號的分析方法和處理技術，提高學生設計語音信號處理系統的能力，激發其對語音信號處理領域的學習興趣。實驗教學采用Matlab軟件進行仿真，具體實驗內容、要求、學時分配如表1所示。

表1 Matlab仿真實驗安排

1.3 實踐教學改革

語音信號處理技術當今發展最快的信息處理技術之一，因此，在《語音信號處理》課程教學過程中，可以講授一些有關語音信號處理的最新研究前沿，培養學生的學習興趣。例如，最近國外的研究者研究出一種基于WIFI的語音識別技術，研究人員通過WIFI可以監控說話者，并能語音識別說話內容和識別說話者。該技術的出現對于公共安全和打擊犯罪具有重要的現實意義。在授課過程中穿插講授這些最新前沿的研究動態，不僅可以提高學生的學習興趣，而且可以激發學生的創造能力。同時，教師可以將自己主持或參與的相關語音信號處理科研項目引入實踐教學，讓一些有這方面興趣和能力的學生參與科研項目，引導學生主動開展相關語音信號處理課題研究。另一方面，教師可以將自己相關語音信號處理科研項目中在學生能力范圍內的一些研究內容引入到學生實踐教學內容中，培養學生的實踐能力和科研能力。

1.4 教學手段改革

隨著信息技術的不斷發展，教學手段也在不斷更新發展。目前主要的教學手段有：傳統板書教學、多媒體教學、多媒體教學與傳統板書教學混合。根據《語音信號處理》課程的特點，我們采用多媒體教學與傳統板書教學混合的教學手段。《語音信號處理》課程是一門實踐性和操作性很強的課程，在教學過程中我們可以采用多媒體教學，通過語音、圖像、動畫等形式將教學內容展現給學生，給學生以深刻的認識。特別是本課程采用MATLAB軟件編寫程序，通過多媒體教學可以現場將編寫的程序和結果展現給學生觀看，這對于教學來說更有說服力。傳統板書教學具有靈活、易控的優點，可以展現教學當中隨機可能出現的一些內容。對于多媒體不便展示的內容，我們采用傳統板書的形式展現給學生，利用傳統板書教學可以培養學生的學習能力和邏輯思維能力。

2 結語

通過對《語音信號處理》課程進行改革，優化了教學內容，加強了實驗教學和實踐教學，改進了教學手段，強調了科研項目與教學的關系。通過實驗教學和實踐教學，提高了學生的學習興趣，培養了學生的學習能力和創造能力。實踐證明，教師在教學過程不斷優化教學內容、改進教學方法、理論與實踐相結合，就可以有效地完成教學目標，培養優秀的人才。《語音信號處理》課程教學改革雖然取得了較好的效果，但還需要教師在教學過程中不斷地改進和改革，只有這樣才能提高教學質量，完成教學目標，為學生走向工作崗位和科學研究打下堅實的基礎。

［1］陳琦，張連海.“語音信號處理”課程教學改革與實踐［J］.中國電力教育，2010，（12）:103-104.

［2］趙力．語音信號處理［M］.北京：機械工業出版社，2003．

［3］王偉，曾鳳，章國安，等.“語音信號處理”課程教學改革探索［J］.中國電力教育，2013，（35）:116-130.

［4］趙楠，李世豪，肖雄，等.Matlab在語音信號處理教學中的應用［J］.實驗科學與技術，2015，13（6）:54-57.

［5］林琴，郭玉堂，劉路路，等.Matlab在語音信號處理教學中的應用［J］.合肥師范學院學報，2015，33（3）:99-101.

Study on the Teaching Reform of Speech Signal Processing

XIE Shao-guo
（Anqing Normal University，Anqing 246133，China）

The course ofSpeech Signal Processingis an elective course for undergraduates ofcommunication engineeringof Anqing Normal University.According to the actual situation of the curriculum，this paper studies the course of Speech Signal Processingfrom the theoretical teaching，experimental teaching，practice teaching and teaching method.The teaching reform of this course plays an important role in cultivatingstudents’abilityoflearning，creativityand practice.

Speech Signal Processing；experimental teaching；reform；teachingmethod

G642.0

A

1674-3229（2017）03-0112-02

2017-05-09

2015年安徽省自然科學基金（AQKJ2015B005）

謝紹國（1980-），男，博士，安慶師范大學計算機與信息學院講師，研究方向：無線通信。