語音信號處理實驗的教學改革

王小蘭

摘 要 語音信號處理實驗是在MATLAB環(huán)境下進行的仿真，針對當前語音信號處理實驗教學的現(xiàn)狀，在此基礎上，文章根據(jù)語音信號實驗教學的實際效果以及綜合培養(yǎng)學生的分析仿真編程能力，對實驗內(nèi)容增加了語音信號處理的時域分析實驗，能讓學生實際看到或者聽到語音信號處理的相關結(jié)果與圖譜，對實驗進行了探索性的實踐改革。

關鍵詞 語音信號 實驗教學 改革

中圖分類號：G642文獻標識碼：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，智能領域和人機對話也開始進行語言交互。眾所周知，人機交互是人工智能領域不可或缺的組成部分，人機交互能完成的前提條件是可進行基本的語音識別與合成，而實現(xiàn)語音識別與合成的基礎學科是語音信號處理，它是一門新興的邊緣學科，是語音學與數(shù)字信號處理兩個學科相結(jié)合的產(chǎn)物。語音信號處理的發(fā)展依賴于人工智能等學科的發(fā)展，而語音信號處理技術的進步也會促進人工智能等領域的進步。儼然，語音信號處理已成為科學研究領域的研究熱點。

語音信號處理是以語音語言學和數(shù)字信號處理等為基礎的涉及面很廣的交叉學科，同時也是一個跨學科的綜合性應用研究領域，研究涉及到一系列前沿課題。語音信號處理以語音為研究對象，涉及語言學、生理學、心理學、人工智能和模式識別等多項研究領域，主要內(nèi)容包括語音的識別與合成、語音編碼以及說話人的識別等。目前高校中的語音信號處理課程主要從基礎理論、算法實現(xiàn)及實際應用等幾個方面來展開教學。由于該課程的理論涵蓋面廣、理論與概念相對抽象、數(shù)學公式推導較多，學生學習理論知識會顯得枯燥難懂，因此，課程理論和實際應用的有機結(jié)合就顯得尤為關鍵。實踐環(huán)節(jié)對于理論的理解與掌握起著主導作用，因此，語音信號處理實驗也是一項重要的教學環(huán)節(jié)，實驗課程的開設與改革是一個值得探索的課題。

1語音信號處理實驗教學現(xiàn)狀

1.1基礎驗證性實驗

該實驗教學的研究與改進是根據(jù)實際的理論教學現(xiàn)狀和教學效果進行的，現(xiàn)在的語音信號處理實驗主要是基于MATLAB的仿真實驗，理論課時有40學時，實驗共有3個實驗，總計8個學時。

實驗的主要內(nèi)容有：對語音信號進行采集與時頻域的分析處理，其中的主要實驗環(huán)節(jié)包括：實驗一：數(shù)字信號處理綜合實驗。這部分實驗主要是要求：通過MATLAB編程掌握信號采集的方法，對信號進行采樣，重構(gòu)，頻譜分析。通過此次實驗讓學生自己動手，掌握語音信號錄制與采集的基本方法，采集完成后進一步對該語音信號進行分析。

實驗二：掌握MATLAB設計FIR和IIR數(shù)字濾波器的方法，用自己設計的濾波器對采集的語音信號進行濾波，畫出濾波后語音信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號發(fā)生的變化。

1.2分析設計性實驗

實驗三：綜合運用語音信號處理的理論知識進行語音信號頻譜分析和濾波器的設計，用自己設計的濾波器對加入噪聲后的語音信號進行濾波，來實現(xiàn)對語音信號的增強。

2實驗內(nèi)容的探索改進

目前的實驗教學內(nèi)容大部分都是在驗證仿真基礎上，而本課程的基礎內(nèi)容就是語音信號的特征參數(shù)分析，因此在實驗項目內(nèi)容的基礎上增加語音信號時域特征參數(shù)分析實驗的設計。該實驗綜合運用數(shù)字信號處理的理論知識對語音信號進行分幀處理，再對分幀后的語音信號進行時域分析，包括語音信號的短時能量、短時過零率和短時自相關，根據(jù)得到的圖形，分析濁音和清音短時能量、短時過零率和短時自相關的不同，從而加深對所學知識的理解，建立概念。

3結(jié)語

隨著計算機技術和人工智能的快速發(fā)展，語音信號處理技術也得到了廣泛的應用。語音信號處理實驗課基礎內(nèi)容包括語音信號的采集和表示、語音信號的時域和頻域分析、語音信號處理的應用等方面內(nèi)容。在實驗課堂教學中采用MATLAB軟件進行演示，不但可以幫助學生理解和掌握基本概念，而且可以使課堂教學更生動、更具有吸引力，從而激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質(zhì)量。實驗教學是從學習知識到掌握知識的紐帶，是從理論學習到應用實踐的橋梁，具有不可替代的作用，通過該門實驗課可以達到激發(fā)學生學習積極性、培養(yǎng)學生的綜合能力和創(chuàng)新意識的目的。

參考文獻

[1] 劉霞，王秀芳，李艷輝，霍鳳財，梁紅衛(wèi).新工科背景下語音信號處理虛擬仿真實驗平臺設計[J].價值工程，2019，38（29）：263-264.

[2] 王青云，梁瑞宇，趙力，馮月芹，包永強.實時語音信號處理教學與實驗方法研究[J].實驗室研究與探索，2019，38（09）：186-189+220.

[3] 楊毅，李澤偉，鄧北星，馬曉紅.語音信號處理實驗的改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2014，33（04）：123-126.

[4] 鄭展恒，韋照川.語音信號處理實驗教學的改革與探索[J].無線互聯(lián)科技，2016（21）：1-2.

[5] 劉衛(wèi)東，孟曉靜，王艷芬.語音信號處理實驗教學研究探索[J].實驗室研究與探索，2008（04）：72-74.