语音信号处理中基频提取算法综述
语音信号处理中基频提取算法综述，论述了各种基频检测的算法，对比分析各方法与思想，不错的总结增刊张杰等:语音信号处理中基频提取算法综述101信号是由频率具有谐波关系的信号组成的,因此有的一个改进是采用多分辩率方法。该方法的思想是:很多尝试利用频域信息提取基频的方法如果一个特定算法在特定分辨率下的准确性是可疑21基于滤波器的算法的,那么采用更高或者更低的分辨率,可以进一步21.1最佳梳状滤波器法判断前面的基频估计是否可信。如果在全部或人部最仹梳状滤波器法閃是具有高鲁棒性但计算代分的分辨率下求得相同的基频,那么该频率值就可价很大的算法。一个梳状滤波器有很多等距离分布以作为最终的基频估计结果。当然,在带来好处的的通带,在最佳梳状滤波器算法中,通带的位置都同时,该方法也会带来计算量上的代价,因为针对是由第一个迸带决定的,即通带的中心频率都是第每个分辨率都需要重新计算频谱,这也是为什么一个通带中心频率的整数倍。输入信号通过多个与多分辨率的傳里叶分析比专门的多分辨率变换(如第一个通带中心频率不同的梳状滤波器。如果输入离散小波变換)要慢的原因信号是由一组频率成谐波关系的信号组成的,那么2.4离散小波变换法滤波器的输出在全部谐波成分都通过滤波器时达到离散小波变换是一个强大的工具,它允许在连最大。但是如果信号只有一个基频成分,该方法就续的尺度上把信号分解为高频成分和低频成分,它会失效,因为会有很多个梳状滤波器能让信号通过。是时间和频率的局部变换,能有效地从信号中提取不过,语音信号的频率具有谐波结构,所以可采用信息。与快速傅里叶变换相比,离散小波变换的主该方法提取基频。要好处在于,在髙频部分它可以取得好的时间分辨2.1.2可调的IR滤波器率,在低频部分可以取得好的频率分辨率。文献四提出了一种基于中心频率可调节的带通3统计的方法IR滤波器提取棊频的方法,随着用户的调节,滤波器的中心频率扫过整个频域。当输入信号的一个强在某种意义上,基频提取的问题可以被看作是的频率成分在通带沱围内时,滤波器会输出最大值,个统计问题。每一个输入帧都被划分给一组类中信号的基频就可以用此时滤波器的中心频率来估的一个,代表信号的基频估计。所以很多研究者计。文献[9提到,对于可调的I滤波器,有经验的直试图将现代的统计方法应用于基频提取问题用户能够识别只有一个谐波结构的信号的输出和包Boris和 Xavier发表了一系列使用最人似然法估含多个基频信号的输出的差异计基频的方法。他们的模型如卜:观察集是语音信2.2倒谱分析法号分帧后做短时傅里叶变换的结果,每一个观察都倒谱分析是谱分析的一种方法,翰出是傅里叶被看作是基频激励产生的信号与其他剩余信息(包变换的幅度谱取对数后做傅里叶逆变换的结果。该括非谐波部分和噪声)两部分的混合。该模型是由方法所依据的理论是,一个具有基频的信号的傅立般的语音信号产生的模型的简单化得到的,假没叶变换的幅度谱有一些等距离分布的峰值,代表信个语音包括在基频及其整数倍点的值处较大的谐波号中的谐波结构,当对幅度谱取对数之后,这些峰成分,以及在非谐波处和噪声处的很小的值。对于值被削弱到一个可用的范围。幅度谱取对数后得到一组候选的基频值,该方法计算每一个观察可能是的结果是在频域的一个周期信号,而这个频域信号由某一个基频产生的概率,并将概率最大的基频值的周期(是频率值)可以认为就是原始信号的基频,所作为最终的估计值。所以候选的基频值的选择是很以对这个信号做傅里叶逆变换就可以在原始信号的重要的,因为从理论上讲,观察可能对应着任意的基音周期处得到一个峰值基频值。另妒,如果对信号的傅里叶变换的嘔度谱取对数后的结果直接进行分析,而不是雨接着做傅里叶4算法的改进逆变换,就是谐波成分谱的方法。进一步,如果在前面提到的每种算法都有自己的改进方法,下求频域的变换时不使用傅里叶变换,而使用能使频面介绍两种对以上大部分算法均适用的改进方法。谱更加精细的Chip变换,就是基」Chi变换的提取41人的听觉模型基频的方法,该方法具有高分辨率和高鲁棒性。由于基频提取本身就是听觉感知问题,所以所23多分辨率的方法有的算法都可通过加入人耳的听觉模型提扃性能对于任何基于傅里叶分析的频域方法都可以做人耳的听觉模型将人的听觉系统对声音信号的处理102电子科技大学学报第39卷分为分析、传递和还原3个阶段。分析阶段主要考虑5经典的基频检测方法耳蜗的分频效应,耳蜗的外端对高频敏感,内端对低频敏感,可以用一组中心频率不同的带通滤波器自从有了语音信号分析饼究这门学科以来,基来模拟。传递阶段声波振动沿基膜传播,并在听觉频的检测一直是一个重点研究的课题。经典的基频神经纤维内产生电流,最终传入听觉中枢。还原阶检测方法可以大致分为3类,如表1所示段听觉系统提取语音中诸如音质、音调、时域和位表1经典的基音检测方法以及特点置等信息。分类基因检测方法特点在声学中,声强是指单位时间内通过垂直」声由多种简单的波形峂值泼传播方向的单位面积的声波能量,用表示。当声并行处理法检沏器提取基音周期波的频率在20~20000Hz(可闻频率)之间,而声强波形根据各种理沦探作,从波形中去行计法数据减少法达到一定的强度(听阈),就能被人耳感知。前人大量掉修正基音以外的数的实验测试结果表明,人耳对不同频率的声波感受讨零率法利用波形的讨零率,差眼于重复图形到相同响度时的声强是不同的。人耳对两端频段的利用语音波形的自相关函数提取自相关法声波反应较为迟钝,而对中间频段的声波反应相对基音,采用中心削波平坦欠理频谱,及其改进较为敏感采用峰值削波可以简化运算对于任意的频域方法,简单的改进是用Q值恒语音波形降低采样率斤,进行IPC分析相关定的谱变换方法代替傅里叶变换。恒的变换方法SIFT法用逆滤波器平坦处理频谱,通过预测误差处埋法计算代价更人,但更接近于人的听觉感知系统。的自相关函数恢复时间精度在决定是否使用人的听觉模型吋必须考虑两个采用平均幅度差函数(AMDF检测周期AMDF法性,也可以根据残差信号的因素:(1)基频提取的用途。如果应用的目的很简单,AMDF法行提取要求也不是太高,那么人的听觉感知因素也许不是倒谱法根据对数功率谱的傅立叶反变换很必要。(2)计算的复杂度。使用人的听觉感知模型分离频谱包络和微细结构会使计算复杂度大大增加,如果原来算法的复杂度变换法在频谱上求出基频高次谐波成分的直方已经很大,再加入人的听觉感知模型可能会使算法循环直方图法图,根据高次谐波的公约数决定某音的复杂度过高4.2基频的跟踪(1)波形估计法。直接由语音波形估计、分析波另一种对基频提取的改进是基频跟踪。前面提形上的周期峰值到的基频提取都是在个单独的时间窗内进行的。(2)相关处珄法。时域中周期信号最明显的特征人的听觉系统是能够眼踪输入信号的基频的。一个是波形的类似性,因而可以道过比较原始信号和它只包含有限个基音周期的时间窗内的基频是很难提位移后的信号之间的相似性确定基音周期。该类方取的。但是,如果输入是连续的语音信号,相当于法抗波形的相位失真能力强,且馍件处理结构简单。很多时间窗个接个输入,基频的提取反而变得3)变换法。将语音信号变換至频域或倒谱域估很容易。研究发现,语音信号的基频具有连续性,计基音周期即前后两帧的基频是连续的,不出现跳变。一帧内6总结的基频提取常见的问题是得到的佔计值是正确值的本文列出了若干基频提取的主要方法,对它们整数倍或者整数倍分之一。针对该问题,利用语音分别进行了简单的介绍,并讨论了对算法的改进。信号基频的连续性,可对基频提取算法做一个简单需要注意的是,所介绍的方法都是针对一个语音信的改进:在计算某一恢的基频时对于它前血一帧的号而言的,对于混合的语音信号的基频提取,如果基频附近的值给予更大的可能性,即一唢语音信号可以先将混合的语音信号分离丌,那么基频提取就中基频的值不可能出现崁变的情况。这就是简单的会变待很简单。同样地,在一些基于时频分析的语基频跟踪思想,并且不会在计算上增加任何复杂度。音分离算法中,如果知道了各个语音的基频,那么另外一种比较复杂的基频跟踪方法是使用隐马语吝分离也就变得很容易解决了。尔科大模型。(下转第126页)126电子科技大学学报第39卷L9 GONG L, NEEDIIAM R, YAIIALOM R Reasoning about1990 IEEE Symposium on Research in Security and privacybelief in cryptographic protocols C]/Proceedings of the Los Alamitos, CA: IEEE Computer Society Press, 1990编辑税红(上接第102页)参考文献[5 BENJAMiN K. Spectral analysis and discrimination by[ DELLER了R, PROAKIS了 G HANSEN J H Lzero-crossings[C]Proceedings of the Institute of ElectricalDiscrete-time processing of speech signals [M]. New York:and Electronics Engineers. S 1.: [ s.n. 1986: 1477-1493[6] CURTIS R. The computer music tutorial]. CambridgeMaxell McMillan. 1993MIT Press. 1996[2 FORT A, ISMAELLI A, MANFREDI C, et al. Parametric[7] DE CHEVEIGNE A, YIN H K. A fundamental frequencyd non-parametric estimation ofapplication to infant cry[]. Med Eng Phys, 1996, 18(8estimator for speech and music[J]. Journal of the AcousticalSociety of America, 2002,11(4):1917-1930[3] PARSONS T. Voice and speech processing[M]. New York[8 EARGLE J M. Music, sound and technology M. TorontoHill,1986.Van Nostrand reinhold. 19954 RABINERR L, SCIIAFERR W. Digital processing ofspeech signals. Englewood Cliffs M]. New Jersey: Prentice编辑税红Hll,1978
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ZEMAX官方中文手册
ZEMAX官方中文使用手册2010年2月版 有700多页。光学必备光研科学荣誉出品声明ZEMAX是 ZEMAX Development corporation(ZDC)的注册商标。所有商标权益皆受相关法律保护。涉及到的所有其它产品名称和商标分别为它们的拥有者所有。本手册屮所提及的软件和参考资料都获相关许可,只有在符合使用许可的条件下才能被使用或复制。本书内容受著作权法保护,本书的简伾中文版由ZDC授权光硏科学有限公司翻译并发行。光研科学有限公司禁止任何未经本公司授权的以任何形式传播、复制、引用与保存本书及其内容的行为。本书内容是ZEMAⅩ光学设计软件的官方指导用书,仅用于软件使用的指导。本书不得用作最终设计、生产与加工的依据。仁何由于未经验证而将设计投入生产和加工而导致的损失不得要求ZDC以及光研科学有限公司负责。任何修改和错误修F将不会另行通知,请用户自行询问光研科学荣誉出品光研科学荣誉出品目录第一章绪论关于本于册的说明( About this document)∠EMAX能做什么?( What does Zemax do)?ZEMAX不能做什么?( What doesn’ t zemax do?)学习如何使用 ZEMAX( Learning to use ZEMAX)多处理器的计算机( Multiple processor computers)"…系统要求( System reguirements)申,·鲁鲁··,36安装过程( Installation procedure密钥政策( Policy on the key).支持的定义( Definition of support)36获得技术支持( Getting technical support)错误修正的政策( Policy on bug fixes)第二章用户界面引言( Introduction)··39窗口的类型( Types of windows)主窗口的操作( Main window operations)图形窗口操作( Graphic windows operations).编辑窗∏操作( Editor windows Operations)9900使用注释功能( Using the annotation feature)··使用移动和缩放功能( Using pan and zoom)43文本窗口操作( Text windows opoerations)43取消长时间的计算( Aborting long computations∴…………对话操作( Dialog operations)常用快捷键综述( Summary Of useful shortcuts)45使用 Windows剪贴板( Using the Windows clipboard)申申非46ZEMAX的文件扩展名(文件名后缀)( ZEMAX file types by extension第三章约定与定义言( introduction引言当前组态( Active configuration).·鲁···申·鲁申非49角放大率( Angular magnification)49光瞳分布( Apodization)49后焦距( Back focal length)49某面( Cardinal planes).19主光线( Chief rav)坐标轴( Coordinate axes)..50衍射极限( Diffration limited)...50边缘厚度( Edge thickness)有效焦距( Effective focal length)∵…5051入瞳直径( Entrance pupil diameter)51入瞳位置( Entrance pupil position)51出瞳直径( Exit pupil diameter)51出瞳位置( Exit pupil position)51附加数据( Extra data)视场角与物高( Field heights)51随光阑尺寸漂移(∏ loat by stop size)51鬼像反射( Ghost reflections)52目录光研科学荣誉出品玻璃( Glasses)六边环( Hexapolar rings)像空问F/#( Image space f/#).像空间数值孔径( Image space numerical aperture.NA)透镜(镜头)单位( Lens units)52边缘光线( Marginal ray)··.·······.····52最大视场( Maximum field),,52非近轴系统(Non- paraxial systems)非序列光线追迹(Non- sequential ray tracing)归一化视场坐标( Normalized field coordinates).....圆形视场归一化( Radial field normalization)矩形视场归一化( Rectangular field normalization).54归一化光瞳坐标( Normalized pupil coordinates).55物空间数值孔径( object space numerical aperture)参数数据( Parameter data)近轴和傍轴光线( Paraxial and parabasal rays)近轴像高( Paraxial image height)近轴放大率( Paraxial magnification)··+.··近轴工作F/#( Paraxial working F/#)主波长( Primary wavelength)鲁着56半径(Radi).56真实传播( Real propagation)弧矢与子午( Sagittal and tangentia1)57半直径(Semi- diameters)序列光线追迹( Sequential ray trac in)特殊字符( Special characters)斯特利尔数( Strehl ratio).表面孔径( Surface apertures)58系统孔径( System aperture).全反射( Total internal reflection:TIR)、…子午面( Tangential)厚度( Thickness)总长度( Total track)单( Units)渐晕因子( Vignetting factors)59虚传播( Virtual propagation)波长数据( Waveleng th data)工作F/井( Working t/#)第四章文件菜单新建(NEW)打开(Upen).63保存(Save)保存为( Save as)使用场景文件( Use Session files)备份存档文件( Backup To archive file)恢复存档文件( Restore from Archive file)∴…·,.64程序模式( Program Mode).插入透镜( Insert lens)属性( Preferences)地址( 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spheric)75忽略此表面( Ignore This Surface)76表面特性画图标签( Surface properties draw tab)鲁··76隐减表面的入射光线和出射光线( Hiding ray to surfaces)..光线跳过此面( Skip rays to this Surface)76不画出此面( Do not draw this surface)76不画出始于此血的边缘( Do Not draw Edges From This Surface).,,,,76画出局部轴( Draw local axis)/6将边缘画作( Draw edge as)76镜面基底和厚度( Mirror substrate and thickness)衣面特性孔径标签( Surface properties aperture tab)孔径类型和其它孔径控制( Aperture type and other aperture controls孔径类型代码和参数( Aperture type codes and parameters)··着非平面上的孔径投影( Aperture projection on non-plan surfaces)78孔径偏心和跟随( Aperture decanters and pickups)78用户定义孔径/遮阑( User defined apertures and obscurations)78UDA文件格式( The uda file format)79UDA例了( UDA Examples)80表面特性散射标签( Surface properties scattering tab)表面散射设置( Surface scattering settings)表面倾斜/偏心标签( Sur face tilt/ decenter tab)目录光研科学荣誉出品使用坐标返回( Using the Coordinate return)表面物理光学标签( Surface physical optics tab)84表面镀膜标签( Surface coating tab)申·鲁,,84设置和移除解( Setting and removing Solves)·····设置和移除变量( Setting and removing 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apodization),,,,,99分布因子( Apodization factor)远心物空间( Telecentricω bject Space)无焦像空间( Afocal i mage space)优化时重设求解( Iterate Solves When Updating),,,单位( Units100透镜单位( Lens units)..,..100光源单位( Source units),,,,,,,,,,,,,,101分析单位( Analysis Units)101无焦模式的单位( Afocal Mode units)..,,,,......101MTF单位( MTF Units)标题/注释( Title/ Notes)·售·售镜头标题( Lens title)注释( Notes).102玻璃库( Glass catalogs).,102光线校准( Ray aiming),102光线校准( Ray aiming).102使用光线校准缓存( Use Ray aiming cache)103加强型光线校准(慢)( Robust Ray aiming(Slow))103光瞳偏移:X,Y,z( Pupil shift:X,Y,andZ)环境( Environment)..104棖据环境调整折射牽数据( Ad just Index data To environment)摄氏温度( Temperature in degree C),,,,,,104AT压力( Pressure in atm)104偏振(仅E支持)( Polarization( ZEMAX- EE only)).,,,,,,,,104非偏振( Unpolarized).,,,,,,,,,,,,,,105Jx, Jy,X Phase. Y Phase将膜层相位转换成等效光线( convert thin film phase to ray equivalent)∴·..105105方法( Method).,105文件( Files),105镀膜文件( coating files)..105散射表面文件( scatter profile).,105ABG数据文件( ABg data file)105梯度特性文件( GRADIUM Profile)杂项( Miscellaneous)光程差参考( Referece opd).106近轴光线( Paraxialray106半口径余量(用透镜单位表示)( Semi diameter margin( lens units))全局坐标参考面( Global Coordinate Reference Surface)"∴∴半口径余量%( Semi diameter Margin in%)107目录光研科学荣誉出品计算F/#的方法( Method To Compute f/#)108快速球面追迹( Fast Asphere trace)108半口径的快速计算法( Fast semi- Diameters)..,,,,,,,,108检査(RIN孔径( Check GRIN Aperture)关闭线程( Turn off Threading),,,,,,,,109不要打印坐标转折数据(Don’ t Print coordinate break data),,109OP横( OPD Modulo)..,109非序列(Non- Sequentia1)..109每条光线的最大交点数( Maximum intersections per ray)每条光线最大区段数( Maximum Segments Per ray109最大嵌套/密接物体( Maximum nested/ Touching0 ojects)最小相对光线强度( Minimum relative ray intensity),,,,,,,110最小绝对光线强度( Minimum absolute Ray intensity).·.··用透镜单位表示的胶合距离( Glue distance in lens units)透镜单位下错过光线的画出长度( Missed ray draw distance In lens units)内存中的最大文件型光源的光线数( Maximum Source file rays In Memory)111简单的光线分束( Simple ray Splitting)..,,,111文件打开时重新追迹光源的光线( Retrace Source rays Upon File Open)l11视场( Fields)….,,,,111保存及导入视场数据( Saving and loading field data)……渐晕因子( Vignetting Factors)波长( Wavelengths保存和载入波长数据( Saving and loading wavelength Data)112下组态( Next Configuration)112最后组态( Last Confi guration).112第七章分析菜单前言( Introduction)视图( Layout).e·,113二维视图(2 Layout).·······,,,,,,,,,,,,,113维视图(3 Layout)114方向指示器( The orientation indicator)115光线乒常( Ray errors)115组态数据( Configuration da ta)116光线列表文件格式( Raylist file format)116阴影模型( Shaded model).,,,,,,,,,,,,116ZEMAX元件图( ZEMAX Element drawing).···...117特殊字符( Special characters..119IS0元件图(IS0 Element Drawing)画IS010110符号和代号概述( Summary of Is010110 symbols and codes),,,,,,,,,120直径和斜角( Diameters and bevels)121公差数据( Tolerance data).121NSC三维视图(NsC3 D Layout)..121非序列阴影模式( NSC Shaded Mode l,,,,,122NSC物体察看器( NSC Object Viewer).122扇形图(Fans),,.,,,,123光线像差( Ray aberration),,123在中间衣面上评估结果( Evaluating results at intermediate Surfaces),,,.,124光程( Optical path)光瞳像差( Pupil aberration)点列图( Spot Diagram)··125目录
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