趙力

(東南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇南京210096)

“語音信號處理”是用數(shù)字信號處理技術(shù)對語音信號進(jìn)行處理的一門課程,該課程面向通信與信息工程、電路與系統(tǒng)等學(xué)科有關(guān)專業(yè)的高年級學(xué)生開設(shè),主要學(xué)習(xí)語音信號處理的原理、重要應(yīng)用以及最新研究動態(tài)[1]。經(jīng)過多年的教學(xué)實踐,筆者認(rèn)為有必要對本課程教學(xué)改革進(jìn)行認(rèn)真總結(jié),以期取得更大的成效。

1 改革的思路和內(nèi)容

改革的總體思路可以概括為“堅持理論教學(xué)創(chuàng)新,加強(qiáng)實驗環(huán)節(jié)教學(xué),注重科研聯(lián)系教學(xué),配合相關(guān)學(xué)科整合優(yōu)化”。按照這樣的思路,在學(xué)時安排、理論教學(xué)設(shè)計、實驗教學(xué)設(shè)計和學(xué)科考核等多方面深化教學(xué)改革并實施教學(xué)實踐。

1)課程特點

本課程的理論性和實踐性都很強(qiáng),其特點是:要求的數(shù)學(xué)知識多而且深,如概率統(tǒng)計和隨機(jī)過程等;要求掌握的基礎(chǔ)知識強(qiáng),信號與系統(tǒng)和數(shù)字信號處理是本課程的理論基礎(chǔ);與其他學(xué)科及應(yīng)用密切相關(guān),如通信、計算機(jī)、人工智能、模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[2]。因為上述特點,學(xué)生在初學(xué)該課程時,往往對語音信號處理的理論不夠理解,更不知如何將各種復(fù)雜的算法應(yīng)用到實際的通信與信息系統(tǒng)中。所以缺乏學(xué)習(xí)的主動性和積極性,學(xué)習(xí)效果差。由此可見,積極進(jìn)行教學(xué)改革,幫助學(xué)生理解與掌握課程中的原理和分析方法,提高學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力,尤為重要。

2)堅持理論教學(xué)創(chuàng)新

“語音信號處理”課程的理論教學(xué)應(yīng)力求系統(tǒng)地反映語音信號處理的基本原理與方法,以及該領(lǐng)域的新的研究成果,使之既能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)的需要,又能讓學(xué)生了解近年來國內(nèi)外某些具有代表性的研究新成果。例如,在講解語音識別的基礎(chǔ)理論時,及時補(bǔ)充諸如情感識別、耳語說話人識別等學(xué)科研究的熱點,指導(dǎo)學(xué)生閱讀相關(guān)的研究文獻(xiàn)。除了理論教學(xué)的內(nèi)容,理論教學(xué)的手段也需要不斷更新。例如,在講授VQ和HMM時會涉及到大量的算法,用動態(tài)Flash演示而不是傳統(tǒng)的PPT展示相關(guān)算法流程,學(xué)生對Flash演示的流程更易于接受。另外,在講語音合成、語音識別的時候,利用軟件編程模擬具體實現(xiàn),讓學(xué)生直接感受語音信號處理的應(yīng)用,在理論教學(xué)中融入實踐展示,效果會更好。

3)加強(qiáng)實驗環(huán)節(jié)教學(xué)

“語音信號處理”課程的實驗環(huán)節(jié)是對理論內(nèi)容理解和掌握的檢驗和總結(jié),是教學(xué)的重中之重。本課程主要開設(shè)了語音信號的倒譜分析、語音編碼的實現(xiàn)和孤立詞識別實現(xiàn)三個實驗,對于其他知識點則采用大作業(yè)的形式進(jìn)行。我們通過一段時間的探索,總結(jié)出加強(qiáng)本課程實驗環(huán)節(jié)的方法:在基于計算機(jī)軟件Matlab和數(shù)字信號處理器DSP構(gòu)建的軟硬件平臺上,進(jìn)行實踐教學(xué)的建設(shè),輔以理論算法軟硬件仿真和實時實現(xiàn)的演示,以多媒體的形式給學(xué)生提供更多的觀察、判斷與分析的條件,加強(qiáng)動手能力的培養(yǎng),加強(qiáng)語音算法的實時實現(xiàn)技術(shù)的訓(xùn)練。

具體說來,我們一方面利用Matlab的GU I編程開發(fā)的“語音信號處理”實驗教學(xué)輔助軟件[3],運(yùn)用Matlab的數(shù)值分析及計算結(jié)果可視化、信號處理工具箱的強(qiáng)大功能將“語音信號處理”課程中較難掌握和理解的重點理論和方法通過編程動態(tài)演示出來。另一方面,利用我校硬件實驗室的DSP實驗設(shè)備,結(jié)合C語言和匯編語言混合編程,開展語音信號編解碼和譜分析等實驗。

4)注重科研聯(lián)系教學(xué)

在教學(xué)實踐中,除了講授語音信號處理的原理、方法和應(yīng)用外,還應(yīng)向?qū)W生介紹該學(xué)科領(lǐng)域近年來取得的一些新成果、新進(jìn)展及新技術(shù)。例如,語音信號中的情感信息處理、語種辨識技術(shù)和實環(huán)境下語音信號處理技術(shù)等。而教師的科研項目和具體進(jìn)展也可以在教學(xué)中與學(xué)生溝通,培養(yǎng)學(xué)生科研興趣。

5)配合相關(guān)學(xué)科整合優(yōu)化

我校電子信息類學(xué)科系列課程設(shè)置分為四個系列:電路系列課程、計算機(jī)系列課程、通信系列課程和信息系列課程,其中,信息系列課程體系[4],主要包括“信號與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號處理”、“統(tǒng)計信號處理”、“數(shù)字圖像處理”和“語音信號處理”等六門課程。在“語音信號處理”課程的教學(xué)改革中,應(yīng)注意與其它信號與信息處理類課程的整合,減少重復(fù),增加有機(jī)協(xié)調(diào)的聯(lián)系。

2 實踐中要注意的問題

1)解決學(xué)時與內(nèi)容的矛盾

本課程可能還需進(jìn)一步壓縮。因此本課程中一部分陳舊的內(nèi)容要舍棄,同時需要補(bǔ)充新知識。

2)給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)空間

“語音信號處理”課程設(shè)計需要充分考慮學(xué)生的主觀能動性,把自主學(xué)習(xí)和課堂教學(xué)很好的結(jié)合起來。例如,在教學(xué)中,拿出一部分課時請學(xué)生站到講臺上介紹自主學(xué)習(xí)相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。給學(xué)生更多的自主學(xué)習(xí)空間,真正實現(xiàn)教學(xué)相長。通過互動可以調(diào)動學(xué)生的積極性,也能更好地發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中存在的問題,以及教學(xué)過程中的一些不足。

3)加強(qiáng)對實踐環(huán)節(jié)的管理

教學(xué)改革后,課程的理論教學(xué)時間進(jìn)行了壓縮,而實驗教學(xué)的時數(shù)得到了加強(qiáng),實驗內(nèi)容更新,突出綜合性和設(shè)計性,實驗的設(shè)備和工具也得到改善。同時要切實組織好實驗內(nèi)容,編寫高質(zhì)量的實驗教材。這就需要加強(qiáng)對實驗室的管理,同時還要注意搞好實驗室隊伍的建設(shè),提高現(xiàn)有人員的業(yè)務(wù)水平和管理水平,并注意補(bǔ)充較高學(xué)歷的人員參加實驗室工作。

3 結(jié)語

綜上所述,按照“堅持理論教學(xué)創(chuàng)新,加強(qiáng)實驗環(huán)節(jié)教學(xué),注重科研聯(lián)系教學(xué),配合相關(guān)學(xué)科整合優(yōu)化”總體思路,我們結(jié)合自身的教學(xué)實踐,解決教學(xué)中出現(xiàn)的難點問題,不斷深化“語音信號處理”課程改革實踐,取得了很好的效果。

[1] 趙力.《語音信號處理》[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005年

[2] 劉慶華,陳紫強(qiáng).基于MA TLAB和DSP的語音信號處理課程的建設(shè)[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報,2006年8月

[3] 劉衛(wèi)東,孟曉靜,王艷芳.語音信號處理實驗教學(xué)研究與探索[J].上海:實驗室研究與探索,2008年4月

[4] 陳怡,吳鎮(zhèn)揚(yáng).加強(qiáng)課程整合,繼續(xù)深化改革[J].南京:電子電氣教學(xué)學(xué)報,2003年4月