题目：共振峰提取技术的理论研究

作业题目与要求：

题目：共振峰提取技术的理论研究 要求：

（1） 大量查阅关于共振峰提取技术的资料（通过Internet或图书

馆，在Internet上可以通过搜索：formant Estimation等关键字来查找相关的信息）。

（2） 分析总结各种共振峰分析方法及其应用领域； （3） 写一篇关于共振峰提取技术及其应用技术现状的论文。

一、共振峰的概念

共振峰是反映声道谐振特性的重要特征，它代表了发音信息的最直接的来源，而且人在语音感知中利用了共振峰信息。所以共振峰是语音信号处理中非常重要的特征参数，已经广泛地用作语音识别的主要特征和语音编码传输的基本信息。共振峰信息包含在频率包络之中，因此共振峰参数提取的关键是估计自然语音频谱包络，一般认为谱包络中的最大值就是共振峰。与基因检测类似，共振峰估计也是表面上看起来很容易，而实际上又受很多问题困扰。这些问题包括：

（1）虚假峰值。在正常情况下，频谱包络中的极大值完全是又共振峰引起的。但在线性预测分析方法出现之前的频谱包络估计器中，出现虚假峰值是相当普遍的现象。甚至在采用线性预测方法时，也并非没有虚假峰值。为了增加灵活性会给预测器增加2~3个额外的极点，有时可利用这些极点代表虚假峰值。

（2）共振峰合并。相邻共振峰的频率可能会靠的太近而难以分辨。这时会产生共振峰合并现象，而探讨一种理想的能对共振峰合并进行识别的共振峰提取算法存在很多实际困难。

（3）高音调语音。传统的频谱包络估计方法是利用由谐波峰值提供的样点。高音调语音的谐波间隔比较宽，因而为频谱包络估值所提供的样点比较少，所以谱包络的估计就不够精确。即使采用线性预测进行频谱包络估计也会出现这个问题。在这样的语音中，线性预测包络峰值趋向于离开真实位置，而朝着最接近的谐波峰位移动。

共振峰参数包括共振峰频率、频带宽度和幅值，共振峰信息包含在语音频谱的包络中。因此共振峰参数提取的关键是估计语音频谱包络，并认为谱包络中的最大值就是共振峰。利用语音频谱傅里叶变换相应的低频部分进行逆变换，就可以得到语音频谱的包络曲线。依据频谱包络线各峰值能量的大小确定出第1～ 第4共振峰，如图所示。

二、提取共振峰的方法

提取共振峰的几种常用方法包括：

（1）基于线性预测（LPC）的共振峰求取方法。一种有效的频谱包络估计方法是从线性预测分析角度推导出声道滤波器，根据这个声道滤波器找出共振峰。虽然线性预测法也有一定的缺点，例如其频率灵敏度与人耳不相匹配，但对于许多应用来说，它仍然是一种行之有效的方法。线性预测共振峰通常有两种途径可供选择：一种途径是利用一种标准的寻找复根的程序计算预测误差滤波器的根，称为求根法；另一种途径是找出由预测器导出的频谱包络中的局部极大值，称为选峰法。

（2）倒谱法。声道响应的倒谱衰减很快，在[-25,25]之外的值相当小，因此可以构造一个相应的倒谱滤波器，将声道的倒谱分离，对分离出来的倒谱做相应的反变换，就可以得到声道函数的对数谱，对此做进一步处理即可求得所需的各个共振峰。

三、提取共振峰的实现