軒詩(shī)宇

【關(guān)鍵詞】分形理論 語(yǔ)音信號(hào)處理 實(shí)踐應(yīng)用

當(dāng)前是一個(gè)經(jīng)濟(jì)全球化時(shí)代，語(yǔ)音信號(hào)處理學(xué)科的發(fā)展要與時(shí)俱進(jìn)，跟上時(shí)代前進(jìn)腳步。語(yǔ)音作為人類語(yǔ)言的聲學(xué)表現(xiàn)，是社會(huì)大眾實(shí)現(xiàn)各種信息相互傳遞的重要手段，它能夠有效提高人們信息的傳遞效率，方便人們的日常學(xué)習(xí)生活。因此，語(yǔ)音信號(hào)處理工作變得尤為重要，工作人員通過(guò)應(yīng)用分形理論能夠進(jìn)一步提高語(yǔ)音信號(hào)處理的工作效率，成功描述出非線性信號(hào)。

1 分形的概念與特性

對(duì)于分形理論傳統(tǒng)的理解是破碎和不規(guī)則，主要用來(lái)表現(xiàn)那些“由于整體以某種方式相似的部分組成的一類形體”或者“Harsdorff維數(shù)嚴(yán)格大于拓?fù)渚S數(shù)的集合”。然而，嚴(yán)格意義來(lái)說(shuō)當(dāng)前學(xué)者還并沒有對(duì)其進(jìn)行完整的定義，僅僅只能給出簡(jiǎn)單描述性定義，通過(guò)將其看成是具備一定性質(zhì)的集合，主要特征包括了以下幾點(diǎn)：

（1）分形的自相似性；

（2）分形具備精細(xì)的結(jié)構(gòu)：

（3）分形維數(shù)超過(guò)了自身的拓?fù)渚S數(shù)；

（4）分形能夠由迭代遞歸產(chǎn)生。

分形典型的基本特性包括了以下幾個(gè)方面：

1.1 分形自相似性

自相似性指的是部分與整體或者另一局部無(wú)論是在作用、形態(tài)，還是在信息等方面都是具備一定的相似性，通過(guò)適當(dāng)?shù)目s小或者增大分形對(duì)象的集合尺寸，也不會(huì)造成結(jié)構(gòu)的變化。

1.2 標(biāo)度不變性

標(biāo)度不變性作為分形集所特定的特性，具體指的是我們無(wú)論如何去改變變形測(cè)量對(duì)象的尺度，也不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量對(duì)象的性質(zhì)發(fā)生任何的變化。但是，要排除嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型外，比如Koch曲線，對(duì)于存在的實(shí)際分形集來(lái)說(shuō)，此種標(biāo)度不變形僅僅只能夠保持在某個(gè)范圍內(nèi)應(yīng)適用。一般情況而言，標(biāo)度不變性的適用空間被叫做為分形體的無(wú)標(biāo)度區(qū)間，工作人員要嚴(yán)格按照研究對(duì)象的性質(zhì)去明確判定無(wú)標(biāo)度區(qū)間的實(shí)際范圍。

1.3 分形維數(shù)

分形維數(shù)的產(chǎn)生是經(jīng)過(guò)分形標(biāo)度關(guān)系而獲得了的一個(gè)實(shí)際定量數(shù)值，其有效打破了普通拓?fù)浼S數(shù)為整數(shù)的局限，將維數(shù)有整數(shù)成功擴(kuò)大到分?jǐn)?shù)，分形維數(shù)的基本特性又包括了以下幾點(diǎn)：

（1）分形維數(shù)和尺度不存在聯(lián)系；

（2）分析維數(shù)是作為一個(gè)相對(duì)量的存在；

（3）分析維數(shù)大小充分體現(xiàn)了輪廓在空間的不規(guī)則、復(fù)雜和充滿空間的具體程度，通常而言，維數(shù)越小，細(xì)節(jié)越少，位數(shù)越大，則細(xì)節(jié)越多。

2 分形理論在與語(yǔ)音信號(hào)處理中的實(shí)踐應(yīng)用

語(yǔ)音作為人們實(shí)際生活中的重要信息交流工具，它的作用至關(guān)重要，因此，就出現(xiàn)了語(yǔ)音信號(hào)處理這一門新興綜合學(xué)科。根據(jù)空氣動(dòng)力和升學(xué)研究表明，語(yǔ)音信號(hào)是一個(gè)復(fù)雜的非線性過(guò)程，在整個(gè)過(guò)程中存在著產(chǎn)生混沌的機(jī)制，其在對(duì)應(yīng)的尺度下部分與整體之間具備了統(tǒng)計(jì)自相似性，分形理論能夠有效被應(yīng)用在語(yǔ)音信號(hào)處理工作領(lǐng)域的前提是，語(yǔ)音信號(hào)具備了一定的分形特征。當(dāng)前研究市場(chǎng)上，分形的語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）語(yǔ)音分割和端點(diǎn)檢測(cè)；

（2）語(yǔ)音合成；

（3）語(yǔ)音增強(qiáng)等。

2.1 語(yǔ)音分割和端點(diǎn)檢測(cè)

由于人類耳朵聽力對(duì)語(yǔ)音高頻部分的分辨率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于低頻部分的分辨率，然而清音段作為語(yǔ)音高頻的重要組成部分，從聽覺角度去看不存在任何影響，所以工作人員在實(shí)際語(yǔ)音信號(hào)處理過(guò)程中，時(shí)常要通過(guò)對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行清濁音分割。因?yàn)樗鼈儍烧咧g存在一定的不規(guī)則形，工作人員可以通過(guò)對(duì)其分維值的測(cè)量，從而達(dá)到分割清音和濁音的目的。

端點(diǎn)檢測(cè)指的是對(duì)初始聲音信息數(shù)據(jù)中的純粹語(yǔ)音段局部進(jìn)行明確定位，要準(zhǔn)確獲得某個(gè)需求語(yǔ)音單位的起點(diǎn)和終點(diǎn)。一般情況下，這個(gè)語(yǔ)音單位可以是詞，或者是音素、音節(jié)。端點(diǎn)檢測(cè)作為語(yǔ)音信號(hào)處理過(guò)程的重中之重，它的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到最終提取語(yǔ)音特征是否具備了可用性。實(shí)際上相鄰的音素分維值是存在一定的差異的，分維軌跡會(huì)發(fā)生突變，工作人員可以根據(jù)這個(gè)特性去明確一個(gè)相對(duì)門限值。如果某一幀的語(yǔ)音分維值低于這個(gè)相對(duì)門限，那就可以得出此幀開始的語(yǔ)音與此幀前的語(yǔ)音是不相同的音素，從而有效實(shí)現(xiàn)了語(yǔ)音音素的分割工作，完成端點(diǎn)檢測(cè)。

2.2 語(yǔ)音合成

語(yǔ)音合成作為語(yǔ)音信號(hào)處理的一個(gè)重要工作內(nèi)容，它的發(fā)展與語(yǔ)音編碼存在著密不可分的關(guān)系。上文說(shuō)道，語(yǔ)音信號(hào)是具有自相似新的，具體體現(xiàn)為它某種結(jié)構(gòu)特征在不相同的時(shí)間和空間尺度上是相似的。雖然語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形是存在一定的分形特性，然而卻不是完全的分形，一般情況下僅僅是在某個(gè)范圍內(nèi)呈現(xiàn)出分形特。通過(guò)根據(jù)IFS理論和拼貼定理研究分析，將語(yǔ)音信號(hào)有效劃分成一個(gè)不重疊的小區(qū)間序列，然后在獲取任何一幀的IFS三參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其的數(shù)據(jù)壓縮。工作人員在語(yǔ)音合成過(guò)程中，通過(guò)對(duì)獲取的IFS參數(shù)進(jìn)行反復(fù)迭代，直到有效收斂至IFS的吸引子，這樣就能夠獲得需求的合成語(yǔ)音信號(hào)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，分形理論在語(yǔ)音信號(hào)處理中的應(yīng)用是至關(guān)重要的，相關(guān)研究工作者要充分認(rèn)識(shí)到其重要性，加強(qiáng)對(duì)其的研究和分析，充分發(fā)揮出其應(yīng)有的價(jià)值，使其在語(yǔ)音信號(hào)非線性處理中得到進(jìn)一步的完善發(fā)展。

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