曲阜师范大学：电子信息工程专业《语音信号处理》课程教学大纲

“语音信号处理”课程教学大纲执笔人：王玉德教研室主任：黄勇坚一、课程基本信息开课单位：物理工程学院课程名称：语音信号处理课程编号：073207英文名称：SpeechSignalProcessing课程类型：专业方向限选课总学时：48理论学时：36实验学时：12学分：3开设专业：电子信息工程先修课程：物理学，概率论与数理统计（高等数学3），信号与系统，数字信号处理二、课程任务目标（一）课程任务本课程是电子信息工程专业的一门专业方向限选课，通过本课程的教学，使学生系统掌握语音信号的各种分析方法和技术以及数字处理方法，让学生系统地掌握本专业主要专业基础课的应用背景。（二）课程目标在学完本课程之后，学生能够：1.理解和掌握语音信号处理的基础知识：2.掌握语音信号处理的基本分析方法和技术：3.掌握语音信号处理的主要技术；4.了解和掌握语音信号处理的主要实际应用。三、教学内容和要求（一）理论教学的内容及要求第一章绪论[教学内容]语音信号、数字信号处理、语音信号处理等概念及其相互关系；语音信号处理的理论、算法和发展概况

“语音信号处理”课程教学大纲 教研室主任：黄勇坚 执笔人：王玉德 一、课程基本信息 开课单位：物理工程学院 课程名称：语音信号处理 课程编号：073207 英文名称：Speech Signal Processing 课程类型：专业方向限选课 总 学 时： 48 理论学时：36 实验学时：12 学 分：3 开设专业：电子信息工程 先修课程：物理学，概率论与数理统计（高等数学 3），信号与系统，数字信号处理 二、课程任务目标 （一）课程任务 本课程是电子信息工程专业的一门专业方向限选课，通过本课程的教学，使学生系统掌握语音 信号的各种分析方法和技术以及数字处理方法，让学生系统地掌握本专业主要专业基础课的应用背 景。 （二）课程目标 在学完本课程之后，学生能够： 1.理解和掌握语音信号处理的基础知识； 2.掌握语音信号处理的基本分析方法和技术； 3.掌握语音信号处理的主要技术； 4.了解和掌握语音信号处理的主要实际应用。 三、教学内容和要求 （一）理论教学的内容及要求 第一章 绪论 [教学内容] 语音信号、数字信号处理、语音信号处理等概念及其相互关系；语音信号处理的理论、算法和 发展概况

[教学要求]了解语音信号处理的发展概况，正确理解语音信号、数字信号处理和语音信号处理等基本概念。[教学重点]语音信号、数字信号处理、语音信号处理等基本概念[教学难点]语音信号处理理论、算法第二章语音信号处理的基础知识[教学内容]语音产生的声学理论：语音产生的过程：语音信号的时间和频谱特性；语音信号产生的数字模型。[教学要求]了解语音产生的声学理论及语音产生的过程，正确理解语音信号的时间和频谱特性，掌握语音信号产生的数字模型。[教学重点]语音信号的时间和频谱特性、语音信号产生的数字模型[教学难点]语音信号的时间和频谱特性、语音信号产生的数字模型第三章语音信号的时域分析[教学内容]语音信号处理的一些基本概念；数字化和预处理；短时能量分析：短时过零分析：短时相关分析。[教学要求]正确理解语音信号的短时能量、短时平均幅度、短时平均过零率和短时自关函数、短时平均幅度差等有关概念，掌握有话无话的鉴别和基音周期估值的方法[教学重点]短时能量分析、短时过零分析、短时自相关分析、短时平均幅度分析、短时平均幅度差函数的原理及其作用[教学难点]各种分析方法的原理第四章语音信号的短时傅里叶分析[教学内容]

[教学要求] 了解语音信号处理的发展概况，正确理解语音信号、数字信号处理和语音信号处理等基本概念。 [教学重点] 语音信号、数字信号处理、语音信号处理等基本概念 [教学难点] 语音信号处理理论、算法 第二章 语音信号处理的基础知识 [教学内容] 语音产生的声学理论；语音产生的过程；语音信号的时间和频谱特性；语音信号产生的数字模 型。 [教学要求] 了解语音产生的声学理论及语音产生的过程，正确理解语音信号的时间和频谱特性，掌握语音 信号产生的数字模型。 [教学重点] 语音信号的时间和频谱特性、语音信号产生的数字模型 [教学难点] 语音信号的时间和频谱特性、语音信号产生的数字模型 第三章 语音信号的时域分析 [教学内容] 语音信号处理的一些基本概念；数字化和预处理；短时能量分析；短时过零分析；短时相关分 析。 [教学要求] 正确理解语音信号的短时能量、短时平均幅度、短时平均过零率和短时自关函数、短时平均幅 度差等有关概念，掌握有话无话的鉴别和基音周期估值的方法 [教学重点] 短时能量分析、短时过零分析、短时自相关分析、短时平均幅度分析、短时平均幅度差函数的 原理及其作用 [教学难点] 各种分析方法的原理 第四章 语音信号的短时傅里叶分析 [教学内容]

概述：短时傅里叶变换：短时傅里叶变换的取样率：语音信号的短时综合：语谱图[教学要求]正确理解傅立叶分析的基本原理，掌握语音信号频谱短时综合的基本方法、短时傅立叶分析程序流程以及频谱短时综合程序流程。[教学重点]语音信号频谱短时综合的基本方法、短时傅立叶分析程序流程以及频谱短时综合程序流程[教学难点]短时傅里叶变换、语音信号的短时综合第五章语音信号的线性预测分析[教学内容]线性预测分析的基本原理；线性预测方程组的建立；线性预测分析的解法：线性预测分析应用。[教学要求]正确理解线性预测分析的基本原理，掌握利用线性预测分析求解各种特征参数的方法。[教学重点]线性预测分析的基本原理[教学难点]线性预测分析求解各种特征参数的方法第六章语音编码（一）[教学内容]语音信号的压缩编码原理：脉冲编码调制及其自适应：预测编码及其自适应：自适应差分脉冲编码调制及自适应增量调制：子带编码：自适应变换编码。[教学要求]了解语音信号数字化的过程，掌握语音波形量化编码的各种方法。[教学重点]语音波形量化编码的各种方法[教学难点]预测编码及其自适应、自适应差分脉冲编码调制及自适应增量调制第七章语音编码（二）[教学内容]概述；声码器的基本结构；相位声码器和通道声码器：同态声码器；线性预测声码器；混合编码；语音编码的性能指标和质量评价

概述；短时傅里叶变换；短时傅里叶变换的取样率；语音信号的短时综合；语谱图。 [教学要求] 正确理解傅立叶分析的基本原理，掌握语音信号频谱短时综合的基本方法、短时傅立叶分析程 序流程以及频谱短时综合程序流程。 [教学重点] 语音信号频谱短时综合的基本方法、短时傅立叶分析程序流程以及频谱短时综合程序流程 [教学难点] 短时傅里叶变换、语音信号的短时综合 第五章 语音信号的线性预测分析 [教学内容] 线性预测分析的基本原理；线性预测方程组的建立；线性预测分析的解法；线性预测分析应用。 [教学要求] 正确理解线性预测分析的基本原理，掌握利用线性预测分析求解各种特征参数的方法。 [教学重点] 线性预测分析的基本原理 [教学难点] 线性预测分析求解各种特征参数的方法 第六章 语音编码（一） [教学内容] 语音信号的压缩编码原理；脉冲编码调制及其自适应；预测编码及其自适应；自适应差分脉冲 编码调制及自适应增量调制；子带编码；自适应变换编码。 [教学要求] 了解语音信号数字化的过程，掌握语音波形量化编码的各种方法。 [教学重点] 语音波形量化编码的各种方法 [教学难点] 预测编码及其自适应、自适应差分脉冲编码调制及自适应增量调制 第七章 语音编码（二） [教学内容] 概述；声码器的基本结构；相位声码器和通道声码器；同态声码器；线性预测声码器；混合编 码；语音编码的性能指标和质量评价

[教学要求]正确理解声码化技术，了解几种典型混合编码的基本原理，了解和掌握语音编码的性能指标及各种编码方法的比较评价。[教学重点]语音编码的性能指标及各种编码方法的比较评价[教学难点]几种典型混合编码的基本原理第八章语音信号处理的其他课题[教学内容]语音识别、语音合成、语音增强、说话人识别以及人工神经网络在语音处理中的应用。[教学要求]了解语音识别、语音合成、语音增强、说话人识别的基本原理，了解人工神经网络在语音处理中的应用。[教学重点]语音识别、语音合成、说话人识别的基本原理[教学难点]语音信号处理理论、算法（二）实践教学的内容及要求实验一求取WAV文件中声音的时域参量1.语音信号的时域波形进行分析：2.提取语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等特征参数。实验二语音信号的低通滤波与短时分析1.给出语音信号，要求设计一个低通滤波器，带宽为采样频率的四分之一，求输出信号：2.辨别原始语音信号与滤波器输出信号有何区别，说明原因；3.改变滤波器带宽，重复滤波实验，辨别语音信号的变化，说明原因：4.利用矩形窗和汉明窗对语音信号进行短时傅立叶分析，绘制语谱图并估计基音周期，分析两种窗函数对基音估计的影响：5.改变窗口长度，重复上一步，说明窗口长度对基音估计的影响。实验三语音信号的同态滤波1.给出语音信号，要求设计一个卷积同态系统，对声源和声道冲激响应进行有效分离：2.绘制语音信号的复倒谱，并利用复倒谱对语音信号进行基音估计；3.利用短时自相关函数进行基音估计，并与前者相比较，说明两种方法的优缺点。实验四语音信号的线性预测1.声道传输函数建模：根据给出语音信号设计线性预测滤波器，求最佳预测系数：2.利用自相关法对语音信号进行线性预测分析，求声道传输函数共振峰

[教学要求] 正确理解声码化技术，了解几种典型混合编码的基本原理，了解和掌握语音编码的性能指标及 各种编码方法的比较评价。 [教学重点] 语音编码的性能指标及各种编码方法的比较评价 [教学难点] 几种典型混合编码的基本原理 第八章 语音信号处理的其他课题 [教学内容] 语音识别、语音合成、语音增强、说话人识别以及人工神经网络在语音处理中的应用。 [教学要求] 了解语音识别、语音合成、语音增强、说话人识别的基本原理，了解人工神经网络在语音处理 中的应用。 [教学重点] 语音识别、语音合成、说话人识别的基本原理 [教学难点] 语音信号处理理论、算法 （二）实践教学的内容及要求 实验一 求取 WAV 文件中声音的时域参量 1.语音信号的时域波形进行分析; 2.提取语音的短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等特征参数。 实验二 语音信号的低通滤波与短时分析 1.给出语音信号，要求设计一个低通滤波器，带宽为采样频率的四分之一，求输出信号； 2.辨别原始语音信号与滤波器输出信号有何区别，说明原因； 3.改变滤波器带宽，重复滤波实验，辨别语音信号的变化，说明原因； 4.利用矩形窗和汉明窗对语音信号进行短时傅立叶分析，绘制语谱图并估计基音周期， 分析两种窗函数对基音估计的影响； 5.改变窗口长度，重复上一步，说明窗口长度对基音估计的影响。 实验三 语音信号的同态滤波 1.给出语音信号，要求设计一个卷积同态系统，对声源和声道冲激响应进行有效分离； 2.绘制语音信号的复倒谱，并利用复倒谱对语音信号进行基音估计； 3.利用短时自相关函数进行基音估计，并与前者相比较，说明两种方法的优缺点。 实验四 语音信号的线性预测 1. 声道传输函数建模：根据给出语音信号设计线性预测滤波器，求最佳预测系数； 2 .利用自相关法对语音信号进行线性预测分析，求声道传输函数共振峰

实验五ADPCM编码算法实验1.编写ADPCM算法实现程序：2.调试程序,熟练应用该算法。实验六基于VQ的特定人孤立词语音识别研究1.利用相关语音特征，构建语音特征失量；2.利用VQ技术，编写训练VQ码表的程序；3.编程实现基于量量化的特定人孤立词语音识别四、学时分配各教学环节学时分配章次小课讲实习讨上备注计授机题论外验22第一章绪论44第二章语音信号处理的基础知识2842第三章语音信号的时域分析44210第四章语音信号的短时傅里叶分析642第五章语音信号的线性预测分析624第六章语音编码（一）264第七章语音编码（二）66第八章语音信号处理的其他课题4832124合计18五、考核说明本课程考试方式为开卷、笔试，成绩评定采用平时的作业、实验成绩占总评成绩的50%，期末考试成绩占总评成绩的50%六、主要教材及教学参考书目（一）主要教材易克初、田斌、付强，《语音信号处理》，国防工业出版社，北京，2000年（二）主要参考书目1.姚天任，《数字语音处理》，华中理工大学出版社，19922.易克初、田斌、付强，《语音信号处理》，国防工业出版社，20003.鲍长春，《低比特率数字语音编码基础》，北京工业大学出版社，2001

实验五 ADPCM 编码算法实验 1.编写 ADPCM 算法实现程序； 2.调试程序,熟练应用该算法。 实验六基于 VQ 的特定人孤立词语音识别研究 1.利用相关语音特征，构建语音特征矢量； 2.利用 VQ 技术，编写训练 VQ 码表的程序； 3.编程实现基于矢量量化的特定人孤立词语音识别. 四、学时分配 章 次 各教学环节学时分配 小 计 讲 授 实 验 上 机 习 题 讨 论 课 外 备 注 第一章 绪论 2 2 第二章 语音信号处理的基础知识 4 4 第三章 语音信号的时域分析 8 4 2 2 第四章语音信号的短时傅里叶分析 10 4 4 2 第五章 语音信号的线性预测分析 6 4 2 第六章 语音编码（一） 6 4 2 第七章 语音编码（二） 6 4 2 第八章 语音信号处理的其他课题 6 6 合 计 48 32 12 4 18 五、考核说明 本课程考试方式为开卷、笔试，成绩评定采用平时的作业、实验成绩占总评成绩的 50%，期末 考试成绩占总评成绩的 50%. 六、主要教材及教学参考书目 （一）主要教材 易克初、田斌、付强，《语音信号处理》，国防工业出版社，北京，2000 年 （二）主要参考书目 1.姚天任，《数字语音处理》，华中理工大学出版社，1992. 2.易克初、田斌、付强，《语音信号处理》，国防工业出版社，2000. 3.鲍长春，《低比特率数字语音编码基础》，北京工业大学出版社，2001