梅尔频率倒谱系数在声带息肉手术前后嗓音分析中的价值研究

目的 本研究拟通过提取患者嗓音中的梅尔频率倒谱系数(MFCC)指标,探讨其在声带息肉手术前后嗓音分析中的临床价值。方法 回顾性分析于2018年1月—2019年8月行声带息肉手术且术前及术后1个月均行嗓音评估的患者41例,男31例,女10例;平均年龄(42.9±11.4)岁。另选取无声嘶且无声带病变的正常受试者21例作为基线对照。使用基于Python编程语言的librosa语音处理包进行MFCC特征提取,分别提取每位患者的MFCC均值,MFCC方差与MFCC标准差,使用配对样本t检验比较声带息肉手术前后上述各MFCC特征的差异。结果 声带息肉患者术后MFCC均值1.25±1.01、MFCC方差561.34±154.98及MFCC标准差21.74±4.03比术前MFCC均值6.81±2.05、MFCC方差1 019.66±295.87及MFCC标准差34.37±6.63显著下降,差异具有统计学意义(t=18.596,P=0.000;t=10.338,P=0.000;t=11.852,P=0.000)。声带息肉组患者术后1个月其MFCC均值、MFCC方差及MFCC标准差与正常受试者相比差异均无统计学意义,表明绝大部分声带息肉患者术后嗓音得到良好的恢复。结论 本研究首次探索了MFCC在声带息肉手术前后嗓音分析中的价值,MFCC各特征可作为评估声带息肉术后嗓音恢复的指标。

基于Fisher比的梅尔倒谱系数混合特征提取方法

针对语音识别中梅尔倒谱系数(MFCC)对中高频信号的识别精度不高,并且没有考虑各维特征参数对识别结果影响的问题,提出基于MFCC、逆梅尔倒谱系数(IMFCC)和中频梅尔倒谱系数(MidMFCC),并结合Fisher准则的特征提取方法。首先对语音信号提取MFCC、IMFCC和MidMFCC三种特征参数,分别计算三种特征参数中各维分量的Fisher比,通过Fisher比对三种特征参数进行选择,组成一种混合特征参数,提高语音中高频信息的识别精度。实验结果表明,在相同环境下,新的特征与MFCC参数相比,识别率有一定程度的提高。

基于脉搏波频域梅尔频率倒谱系数特征的高血压危险分层预测模型

目的 为改进基于人工智能技术高血压时域脉搏波分类模型精度低、泛化性能差的问题,提出一种基于融合注意力机制的频域脉搏波预测模型。方法 首先将时域脉搏波转换为频域梅尔频率倒谱系数特征,增强脉搏波区分度,采用时间卷积网络与Transformer 结构提取脉搏波深层特征,并将自注意力机制与选择性内核注意力进行决策融合,提取脉搏波关联特征,并采用Floodings正则化方法间接控制训练损失,防止过拟合发生。针对上海中医药大学附属龙华医院及上海市中西医结合医院提供的527例临床脉诊数据,进行5折交叉验证实验。此外,采用梯度提升决策树算法统计脉搏波频域特征的贡献率排名,分析影响模型分类精度的关键因素,为中医临床辅助诊断提供参考价值。结果 本研究提出的模型分类评估指标准确度、F1值、精确率、召回率和AUC值分别为0.939 6、0.924 9、0.940 9、0.929 5和0.993 4。脉搏波的静态特征、一阶差分和二阶差分系数的贡献率相对均衡,说明高血压危险程度不仅与脉搏波的静态特征相关,也应当考虑脉搏波的动态特征。结论 与典型脉搏波分类模型相比,本研究提出的模型具有较高的分类精度和泛化性能。

砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法

岩体结构破裂是严重制约矿山、地铁、隧道等地下空间工程建设及其安全运行的重要因素。实现对岩体结构破裂状态的识别是当下研究的热点与重点之一。为此,开展了不同条件的砂岩加载破坏实验,提取了加载全程的声发射梅尔倒谱系数及其波动差,研究了系数及其波动差在砂岩受载破坏全程的变化规律,分析了1号系数(一组声发射梅尔倒谱系数包括12个,1号系数指第1个声发射梅尔倒谱系数)及其波动差与砂岩破裂状态的相关性特征,基于此提出了砂岩破裂状态声发射梅尔倒谱系数判识方法,构建了判识准则并进行判识效果检验。结果表明:随载荷增加,1号系数整体上增大,系数及其离散性在破坏阶段显著增大并表现出显著的规律波动性特征;1号系数波动差具有阶段性变化特征,波动差的大小及其起伏变化可表征砂岩的破裂,波动差整体增大及突增的变化可反映砂岩非稳定变形和峰后破坏阶段的宏观破裂,波动差的突增幅度可反映砂岩破裂程度;声发射梅尔倒谱系数及其波动差对砂岩破裂表现出良好的响应特征,该特征受不同加载条件的影响较小,说明声发射梅尔倒谱系数在反映砂岩破裂上具有适用性;1号系数及其波动差与砂岩破裂状态具有较好相关性,该相关性可分为3个阶段,即1号系数及其波动差在砂岩微破裂阶段分布集中,在临近失稳破坏阶段分布范围急剧增大、整体值升高且出现高异常值,在峰后破坏阶段分布范围进一步增大、整体值更高、高异常值更多;利用1号系数的75%位点值和异常值、1号系数波动差的75%位点值和异常值构建了砂岩破裂状态判识准则,采用三分类模型混淆矩阵对判识准则的效果进行了检验,判识准确度和精准度分别为90.43%、94.45%。该成果可为其他种类煤岩的破裂状态识别提供借鉴,为煤岩失稳监测预警提供参考。

使用全局自注意Teager能量倒谱系数检测重放欺骗语音

提出了一种基于能量的前端特征提取方法,旨在应对自动说话人验证系统中面临的重放攻击威胁。该方法实现了全频段上的可变分辨率,以充分利用重放语音与真实语音在子带能量上的高鉴别非线性信息。首先,通过采用F-ratio方法统计分析了多种录音和播放设备。接着,根据统计结果在全频段上设计了一组滤波器,旨在捕获高鉴别能量信息。最后,利用Teager能量算子计算子带滤波信号的能量,提出了全局自注意Teager能量倒谱系数(GSTECC)。为了验证所提方法的有效性,采用高斯混合模型作为分类器,在ASVspoof 2017 V2和ASVspoof 2021 PA数据库上进行了一系列测试实验。实验结果表明,相对于其他先进特征提取方法,所提GSTECC特征在检测重放攻击方面表现出更优异的性能。

基于梅尔频率倒谱系数的语音清晰度DRT识别

语音清晰度在通信终端、设备系统语音识别方面具有重要意义。本文对110dB噪声干扰下采集到的语音信号进行谱减法降噪,双门限端点检测提取发音字段,然后提取梅尔频率倒谱系数(MFCC),再将其进行差分计算,得到一阶和二阶分量,结合短时能量作为语音信号的特征参数,最后通过动态时间归整(DTW)进行相似度识别。实验表明,本文算法对汉语清晰度诊断押韵测试(DRT)字表的测试结果高达92.90%,有良好的识别率。

基于梅尔频率倒谱系数与翻转梅尔频率倒谱系数的说话人识别方法

为提高说话人识别系统的识别率,提出了基于梅尔频率倒谱系数(MFCC)与翻转梅尔频率倒谱系数(IMFCC)为特征参数的特征提取新方法。该方法利用Fisher准则将MFCC和IMFCC相结合,构造了一种混合特征参数。实验结果表明,新的混合特征参数与MFCC相比,在纯净语音库及噪声环境中均具有较好的识别性能。

利用抗噪幂归一化倒谱系数的鸟类声音识别

针对真实环境中各种背景噪声下的鸟类声音识别问题,提出了一种基于新型抗噪特征提取的鸟类声音识别技术.首先,根据适用于高度非平稳环境下的噪声估计算法求出噪声功率谱.其次,使用多频带谱减法对声音功率谱进行降噪处理.接着,结合降噪的声音功率谱提取抗噪幂归一化倒谱系数(APNCC).最后,采用支持向量机(SVM)分别对提取的APNCC,幂归一化倒谱系数(PNCC)和Mel频率倒谱系数(MFCC)对34种鸟类声音进行不同环境和信噪比情况下的对比实验.实验表明,提取的APNCC具有较好的平均识别效果及较强的噪声鲁棒性,更适用于信噪比低于30dB环境下的鸟类声音识别.

基于Gammatone频率倒谱系数的舰船辐射噪声分析

舰船辐射噪声的声学特征提取对目标训练和识别有着重要影响。文中提出一种基于Gammatone频率倒谱系数(GFCC)的特征分析方法:以目标特征提取方法——Mel频率倒谱系数(MFCC)算法作为比照组,针对小型低速船只、小型高速船只及大型船只三大类目标,在2种不同水声环境中提取的5122个样本进行了分类识别比对试验。试验结果表明,2种算法的目标识别率均大于80%,且GFCC在海洋复杂声环境中的识别率显著高于MFCC,并对高频目标更敏感。说明GFCC算法与标准的MFCC算法相比,在海洋等强干扰环境下具有更好的抗噪性和更高的快速目标识别率。

煤岩破裂微震信号的小波特征能谱系数分析法

煤岩破裂微震信号是一种时变非平稳信号,具有不可预知性和突发瞬态性,为了提取能够表征微震源信息的有效特征,基于小波理论,选取了适合微震信号的小波基函数,并根据采样定理及Mallat算法确定了小波分解最大尺度,提出了用小波特征能谱系数分析煤岩破裂微震信号波形的状态分析方法。实验结果表明,微震信号与噪声信号有明显不同的小波特征能谱系数分布特征,而且可利用提取的能谱系数作为特征向量表示信号特征。这对于抑制微震信号的不稳定性和同频段的干扰信号,以及后续的特征编码非常有利,为实现煤岩破裂微震信号实时的模式识别打下了重要基础。

一种新的可应用于声目标识别的倒谱系数

提出一种新的倒谱系数,与目前广泛采用的美尔倒谱系数(MFCC)相比有以下改进:1)基于听觉外周模型改进了美尔频率倒谱系数(MFCC)的三角滤波器;2)用与频率相关的指数压缩代替固定的对数压缩;3)分析了频率的临界带变换在语音识别中所起的作用,从声目标识别的角度提出在临界带变换中引入与信号相关的自适应机制。通过4组声目标识别仿真对比试验,表明了新的倒谱系数比MFCC在抗噪声能力方面有明显提升。

说话人识别中的Mel特征频率倒谱系数

目的研究语音特征梅尔频率倒谱系数(MFCC)的选取对说话人识别系统性能的影响。方法采用基于平均影响值(MIV)的支持向量机(SVM)方法研究了说话人识别中的梅尔频率倒谱系数各维倒谱分量对于识别分类的贡献度。结果选择具有代表性的特征向量进行说话人分类识别,能得到维数更低、识别率更高的特征参数。结论通过MIV值可判断各维特征参数分量的重要性,选取权重值高的MFCC特征参数来提高系统识别率和缩短系统运行时间。

基于Mel倒谱系数和矢量量化的昆虫声音自动鉴别

为了给生产单位害虫管理的普通技术人员提供简便易操作的昆虫种类鉴别方法,本研究把人类语音识别领域的先进技术应用于昆虫识别,提出了一种新颖的昆虫声音自动鉴别方法,用声音参数化技术为昆虫声纹识别设计了一种简单易行的方案。声音信号经过预处理、分段得到一系列的声音样本,从声音样本提取Mel倒谱系数(MFCC),并用Linde-Buzo-Gray(LBG)算法对提取的MFCC进行矢量量化(VQ),所得码字作为声音样本的特征模型。特征参数之间的匹配用搜索最近邻的方法实现。本文方法在包含70种昆虫声音的库中进行了试验,取得了超过96%的识别率和理想的时间性能。试验结果证明了该方法的有效性。

基于50Hz倍频倒谱系数与门控循环单元的变压器偏磁声纹识别

电力变压器运行中的声音信号包含大量变压器运行状态信息。该文提出一种基于50Hz倍频倒谱系数和门控循环单元的变压器直流偏磁声纹识别模型。首先,利用基于相似矩阵的盲源分离算法、幅值相位波动性法分别去除原始声信号中的瞬时性干扰信号和持续强干扰信号;然后,针对变压器声信号的特点提出50Hz倍频倒谱系数,用于声信号特征量提取;最后,使用500kV敬亭变的直流偏磁声纹数据对深度神经网络中的门控循环单元网络进行训练和超参数优化。算例研究结果表明,相较于传统声信号识别算法,所提方法能更好地对直流偏磁状态进行识别。

基于STFT时频谱系数收缩的信号降噪方法

针对旋转机械故障振动信号的降噪问题,提出一种基于短时Fourier变换(short time Fourier transform,简称STFT)时频谱系数收缩的信号降噪方法。先将信号进行STFT,得到其时频谱。由于谱系数为复数,故根据模值大小进行谱系数收缩,并利用步长迭代算法在0到谱系数最大模值的区间内估计最优阈值。迭代运算过程中,首先,分别采用基本的硬阈值函数和软阈值函数进行系数收缩;然后,以改进风险函数为阈值评价标准,估计最优阈值;最后,利用最优阈值重新进行谱系数收缩,对得到的新谱进行STFT逆变换,重构降噪后的时域信号。仿真信号与试验数据的处理结果表明,利用所估计的最优阈值,STFT时频谱系数硬、软阈值函数收缩方法均能够实现噪声混合信号的降噪。

最小方差无失真响应感知倒谱系数在说话人识别中的应用

研究最小方差无失真响应感知倒谱系数在说话人识别中的应用。提取最小方差无失真响应感知倒谱系数,对其进行高斯混合模型建模并采用联合因子分析的方法来拟合高斯混合模型中的说话人和信道差异,在美国国家标准技术研究院2008年说话人识别评测核心测试集上分别对最小方差无失真响应感知倒谱系数和传统的Mel频率倒谱系数进行测试。结果显示,两种不同特征的系统性能相当,采用线性融合方法后,在不同测试集上的等错误率相对下降了7.6%～30.5%,最小检测错误代价相对下降了3.2%～21.2%。实验表明,最小方差无失真响应感知倒谱系数能有效应用于说话人识别中,且与传统的Mel频率倒谱系数存在一定程度的互补性。

基于小波能谱系数的声发射源特征提取方法研究

研究了基于小波能谱系数的声发射源特征提取方法,利用小波变换对典型声发射源的波形信号进行了分析,获取其频域特征.采用小波能谱系数描述信号能量在每个频率范围的分布情况,以区别各种不同的声发射源.利用该方法对港口链斗卸船机现场测试获取的裂纹声发射信号进行了小波分析和特征提取,结果表明,该方法能合理地描述缺陷的声发射特征.

基于Mel频率倒谱系数和遗传算法的煤矸界面识别研究

针对现有的煤矸界面识别技术采用的γ射线法不适用于顶板不含放射性元素或者放射性元素含量较低的工作面,而雷达探测法探测范围小、信号衰减严重的问题,提出了一种基于Mel频率倒谱系数和遗传算法的煤矸界面识别方法。该方法利用煤矸放落过程中产生的声波信号的特征差异进行煤矸识别,采用Mel频率倒谱系数将去噪后的煤矸声波信号变换到频域进行处理,提取出煤矸声波信号的32维特征参数;采用遗传算法优化处理32维特征参数,得到最优参数组合;采用支持向量机和BP神经网络对最优参数进行识别。实验结果表明,该方法能够准确识别出煤矸下落状态。

基于小波能谱系数的风力机疲劳裂纹特征

提出了风力机叶片裂纹扩展声发射信号的优化小波重分配尺度谱及小波能谱系数相结合的分析法。基于Shannon熵理论计算裂纹扩展声发射信号的重分配尺度谱小波基函数带宽参数,得到最适合裂纹声发射信号的Morlet小波基函数。用优化后的小波基函数计算重分配尺度谱,获得裂纹扩展特征成分在时间尺度平面的高幅值能量分布,利用特征能谱系数表征其重分配尺度谱的特征。实验结果表明,该方法有良好的时频聚集性和抗噪能力,实现了风力机叶片裂纹扩展声发射信号的时频特征提取,得到了能谱系数作为特征向量表示信号特征。该方法可用来实现风力机叶片在复杂环境中的模式识别。

采用L1/2稀疏约束的梅尔倒谱系数语音重建方法

提出了一种利用L1／2稀疏约束从梅尔倒谱系数重建语音时域信号方法。从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱是一个欠定问题，现有的方法均采用幅度谱最小均方误差估计或采用L1正则化进行幅度谱的稀疏约束。相比于L1正则化模型，L1／2的稀疏约束特性更强，为此，本文在从梅尔倒谱系数估计语音幅度谱时引入L1／2正则化约束，并利用求解的稀疏幅度谱估计相位谱，最后利用估计的频谱重建时域语音信号。实验结果表明，与幅度谱最小均方误差法相比，本文算法所估计出的语音信号具有更高的语音质量；在噪声环境下进行语音重建实验，与L1正则化幅度谱估计方法相比，本文算法重建的语音质量更好，表现出更好抗噪性。