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3.3 短時平均能量

??????由于語音信號的能量隨時間而變化，清音和濁音之間的能量差別相當顯著。因此，對短時能量和短時平均幅度進行分析，可以描述語音的這種特征變化情況。

??????定義n時刻某語音信號的短時平均能量為：

??????

??????式中，N為窗長，可見短時能量為一幀樣點值的加權平方和。特殊地，當窗函數為矩形窗時，有

??????

??????也可以從另外一個角度來解釋。令：

??????

??????平均能量還可以表示為：

??????

??????上式可以理解為：首先語音信號各個樣點值平方，然后通過一個沖激相應為h(n)的濾波器，輸出為由短時能量構成的時間序列：

??????

??????沖激響應的選擇或者說窗函數的選擇直接影響著短時能量的計算。通常N的選擇與語音的基音周期相聯系，一般要求窗長為幾個基音周期的數量級。由于語音基音頻率范圍為50~500Hz，因此折中選擇幀長為10~20ms。

??????短時平均能量的主要用途如下：

??????1.可以作為區分清音和濁音的特征參數。實驗結果表明濁音的能量明顯高于清音。通過設置一個能量門限值，可以大致判定濁音變為清音或者清音變為濁音的時刻，同時可以大致劃分濁音區間和清音區間

??????2.在信噪比比較高的情況下，短時能量還可以作為區分有聲和無聲的依據

??????3.可以作為輔助的特征參數用于語音識別中

3.4 短時平均幅度函數

??????短時能量的一個主要問題是對信號電平值過于敏感。由于需要計算信號樣值的平方和，在定點實現時很容易產生溢出。為了克服這個缺點，可以定義一個短時平均幅度函數來衡量語音幅度的變化：

??????

??????上式可以理解為w(n)對|x(n)|的線性濾波運算，實現框圖如下。與短時能量比較，短時平均幅度相當于用絕對值之后代替了平方和，簡化了運算。

??????

3.5 短時平均過零率

??????短時平均過零率是語音信號時域分析中的一種特征參數。它是指每幀內信號通過零值的次數。對有時間橫軸的連續語音信號，可以觀察到語音的時域波形通過橫軸的情況。在離散時間語音信號情況下，如果相鄰的采樣具有不同的代數符號就稱為發生了過零，因此可以計算過零的次數。單位時間內過零的次數就稱為過零率。一段長時間內的過零率稱為平均過零率。如果是正弦信號，其平均過零率就是信號頻率的兩倍除以采樣頻率，而采樣頻率是固定的。因此過零率在一定程度上可以反映信號的頻率信息。短時平均過零率的定義為：

??????

???????其中，sgn[ ]為符號函數，即

???????

????????短時平均過零率的運算圖：

????????

????????短時平均過零率可以用于語音信號請濁音的判斷。如果過零率高，語音信號就是清音，如果過零率低，語音信號就是濁音。但有的音，位于濁音和清音的重疊區域，這時，只根據短時平均過零率就不可能來明確地判別清、濁音。

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作者：JameJuZhang?
來源：CSDN?
原文：https://blog.csdn.net/jojozhangju/article/details/26068797?
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總結

以上是生活随笔為你收集整理的数字语音信号处理学习笔记——语音信号的短时时域分析（2）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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