Laguerre滤波器在语音识别前端处理中的应用研究

论文摘要

语音识别是语音信号处理领域的研究热点，但由于其研究的复杂性，长期以来一直是一项难题，尤其是噪声环境下的非特定人语音识别。本文从一个典型的语音识别系统出发，介绍了语音识别的基本原理，讨论了几种常用的特征提取方法，尤其对过零率峰值幅度（ZCPA）特征提取作了较为详细的介绍。在此基础上提出用Laguerre滤波器对ZCPA特征提取前端处理进行改进的方法，并获得了具有优良抗噪性的识别结果。本文中用Laguerre网络实现的滤波器吸收了传统有限冲激响应（FIR）、无限冲激响应（IIR）滤波器的优点，既具有FIR滤波器的稳定性又具有IIR滤波器的长时记忆的特点和通阻带特性。其设计方法是在Laguerre滤波器与理想滤波器的频率响应的均方误差为最小的前提下，利用牛顿-拉夫逊法估算滤波器参数，然后由柯西-留数定理得出相对应的Laguerre系数以获得最优滤波器。通过实例设计了Laguerre滤波器，并与传统FIR和IIR滤波器的频率响应作了详细的比较，得出Laguerre滤波器有较小的滤波器长度，合适的线性相位和较少的通阻带波纹。缺点是计算复杂，但使用介绍的引理可降低其复杂性。接着将Laguerre滤波器用在ZCPA特征提取中代替原来的FIR滤波器，后端分别利用RBF网络和HMM训练和识别。实验结果表明利用Laguerre滤波器代替FIR滤波器进行特征提取，其识别率明显提高，而且抗噪性有很大改善。论文最后分析了Laguerre序列的频率弯折特性，并将小波变换的多分辨特性与之相结合得出基于Laguerre网络的频率弯折小波变换，对其实现结构作了详纽介绍，同时也说明难点所在。提出下一步工作是将频率弯折小波变换用于特征提取中，期望得到好的识别结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 语音识别简介
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.1.3 目前语音识别面临的困难
• 1.2 滤波器的介绍及其在语音信号处理中的应用
• 1.2.1 滤波器的介绍
• 1.2.2 滤波器的发展及现状
• 1.2.3 滤波器在语音信号处理中的应用
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 语音识别系统概述
• 2.1 语音识别系统描述
• 2.1.1 预处理
• 2.1.2 特征参数提取技术
• 2.1.3 声学模型与模式匹配
• 2.2 几种常用的特征提取方法
• 2.2.1 线性预测系数（LPC）
• 2.2.2 LPC倒谱系数（LPCC）
• 2.2.3 Mel频率倒谱系数（MFCC）
• 2.2.4 过零率峰值幅度（ZCPA）
• 2.3 小结
• 第三章 Laguerre数字滤波器的设计
• 3.1 IIR数字滤波器的设计
• 3.2 FIR数字滤波器的设计
• 3.2.1 FIR数字滤波器的介绍
• 3.2.2 FIR数字滤波器的窗口设计法
• 3.2.3 FIR数字滤波器设计的频率响应法
• 3.2.4 FIR数字滤波器设计的切比雪夫逼近
• 3.2.5 FIR与IIR数字滤波器性能的比较
• 3.3 全通传输函数
• 3.3.1 定义
• 3.3.2 性质
• 3.3.3 应用
• 3.4 Laguerre网络介绍
• 3.4.1 Laguerre序列及其Z变换
• 3.4.2 Laguerre网络结构
• 3.5 Laguerre数字滤波器的设计过程
• 3.5.1 Laguerre参数的确定
• 3.5.2 解析法设计最优Laguerre滤波器
• 3.6 仿真实验与结论
• 3.6.1 实验一（Laguerre滤波器与FIR滤波器的比较）
• 3.6.2 实验结果及讨论
• 3.6.3 实验二（Laguerre滤波器与IIR滤波器的比较）
• 3.6.4 实验结果及讨论
• 3.7 小结
• 第四章 Laguerre滤波器在语音识别系统中的应用
• 4.1 ZCPA特征提取中滤波器组的设计
• 4.2 ZCPA中Laguerre滤波器设计
• 4.2.1 ZCPA中Laguerre滤波器b值的确定
• 4.2.2 ZCPA中Laguerre滤波器系数的确定
• 4.3 Laguerre滤波的具体过程
• 4.4 基于RBF神经网络的语音识别
• 4.4.1 RBF网络拓扑结构
• 4.4.2 RBF网络结构特点
• 4.4.3 仿真实验
• 4.5 基于HMM的语音识别
• 4.5.1 HMM简介
• 4.5.2 实验结果及结论
• 4.6 实验结果综合比较
• 4.7 小结
• 第五章 基于Laguerre网络的频率弯折小波
• 5.1 离散时间小波变换与滤波器组
• 5.1.1 两通道正交镜像滤波器组实现小波分析与综合
• 5.1.2 离散时间小波变换
• 5.2 频率弯折小波
• 5.2.1 Laguerre级数
• 5.2.2 频率弯折小波变换
• 5.2.3 频率弯折小波的实现
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 附录
• A.1 群时延
• A.2 牛顿—拉夫逊法
• A.3 柯西—留数定理
• A.4 等Q特性
• 参考文献
• 致谢
• 攻读研究生期间发表的论文