语音信号处理实验的教学改革

王小兰

摘 要 语音信号处理实验是在MATLAB环境下进行的仿真，针对当前语音信号处理实验教学的现状，在此基础上，文章根据语音信号实验教学的实际效果以及综合培养学生的分析仿真编程能力，对实验内容增加了语音信号处理的时域分析实验，能让学生实际看到或者听到语音信号处理的相关结果与图谱，对实验进行了探索性的实践改革。

关键词 语音信号 实验教学 改革

中图分类号：G642文献标识码：A

随着AI人工智能的高速发展，已经不再局限于人与人之间的沟通，智能领域和人机对话也开始进行语言交互。众所周知，人机交互是人工智能领域不可或缺的组成部分，人机交互能完成的前提条件是可进行基本的语音识别与合成，而实现语音识别与合成的基础学科是语音信号处理，它是一门新兴的边缘学科，是语音学与数字信号处理两个学科相结合的产物。语音信号处理的发展依赖于人工智能等学科的发展，而语音信号处理技术的进步也会促进人工智能等领域的进步。俨然，语音信号处理已成为科学研究领域的研究热点。

语音信号处理是以语音语言学和数字信号处理等为基础的涉及面很广的交叉学科，同时也是一个跨学科的综合性应用研究领域，研究涉及到一系列前沿课题。语音信号处理以语音为研究对象，涉及语言学、生理学、心理学、人工智能和模式识别等多项研究领域，主要内容包括语音的识别与合成、语音编码以及说话人的识别等。目前高校中的语音信号处理课程主要从基础理论、算法实现及实际应用等几个方面来展开教学。由于该课程的理论涵盖面广、理论与概念相对抽象、数学公式推导较多，学生学习理论知识会显得枯燥难懂，因此，课程理论和实际应用的有机结合就显得尤为关键。实践环节对于理论的理解与掌握起着主导作用，因此，语音信号处理实验也是一项重要的教学环节，实验课程的开设与改革是一个值得探索的课题。

1语音信号处理实验教学现状

1.1基础验证性实验

该实验教学的研究与改进是根据实际的理论教学现状和教学效果进行的，现在的语音信号处理实验主要是基于MATLAB的仿真实验，理论课时有40学时，实验共有3个实验，总计8个学时。

实验的主要内容有：对语音信号进行采集与时频域的分析处理，其中的主要实验环节包括：实验一：数字信号处理综合实验。这部分实验主要是要求：通过MATLAB编程掌握信号采集的方法，对信号进行采样，重构，频谱分析。通过此次实验让学生自己动手，掌握语音信号录制与采集的基本方法，采集完成后进一步对该语音信号进行分析。

实验二：掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法，用自己设计的滤波器对采集的语音信号进行滤波，画出滤波后语音信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号发生的变化。

1.2分析设计性实验

实验三：综合运用语音信号处理的理论知识进行语音信号频谱分析和滤波器的设计，用自己设计的滤波器对加入噪声后的语音信号进行滤波，来实现对语音信号的增强。

2实验内容的探索改进

目前的实验教学内容大部分都是在验证仿真基础上，而本课程的基础内容就是语音信号的特征参数分析，因此在实验项目内容的基础上增加语音信号时域特征参数分析实验的设计。该实验综合运用数字信号处理的理论知识对语音信号进行分帧处理，再对分帧后的语音信号进行时域分析，包括语音信号的短时能量、短时过零率和短时自相关，根据得到的图形，分析浊音和清音短时能量、短时过零率和短時自相关的不同，从而加深对所学知识的理解，建立概念。

3结语

随着计算机技术和人工智能的快速发展，语音信号处理技术也得到了广泛的应用。语音信号处理实验课基础内容包括语音信号的采集和表示、语音信号的时域和频域分析、语音信号处理的应用等方面内容。在实验课堂教学中采用MATLAB软件进行演示，不但可以帮助学生理解和掌握基本概念，而且可以使课堂教学更生动、更具有吸引力，从而激发学生的学习兴趣，提高教学质量。实验教学是从学习知识到掌握知识的纽带，是从理论学习到应用实践的桥梁，具有不可替代的作用，通过该门实验课可以达到激发学生学习积极性、培养学生的综合能力和创新意识的目的。

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