《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程教學(xué)改革研究

謝紹國(guó)

（安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246133）

《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程教學(xué)改革研究

謝紹國(guó)

（安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246133）

“語(yǔ)音信號(hào)處理”課程是安慶師范大學(xué)通信工程專業(yè)本科生的專業(yè)選修課，結(jié)合學(xué)校課程開(kāi)設(shè)的實(shí)際情況，從理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)和教學(xué)手段等方面展開(kāi)研究。該課程的教學(xué)改革對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力起到了至關(guān)重要的作用。

語(yǔ)音信號(hào)處理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；改革；教學(xué)手段

0 引言

《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程是安慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院通信工程專業(yè)本科生的一門專業(yè)選修課程，是以語(yǔ)音語(yǔ)言學(xué)和數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)而形成的一門涉及面很廣的綜合性的學(xué)科，與心理生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信與信息科學(xué)以及模式識(shí)別和人工智能等學(xué)科都有著非常密切的聯(lián)系?！罢Z(yǔ)音信號(hào)處理”課程的總學(xué)時(shí)數(shù)為68學(xué)時(shí)，其中理論教學(xué)34學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)34學(xué)時(shí)，教材選用趙力編著的《語(yǔ)音信號(hào)處理》（第二版）。該教材內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)部分：語(yǔ)音信號(hào)處理基礎(chǔ)知識(shí)、語(yǔ)音信號(hào)分析和處理技術(shù)、語(yǔ)音信號(hào)處理應(yīng)用的原理和方法等。本課程的教學(xué)目的是要求學(xué)生了解和掌握語(yǔ)音信號(hào)處理的基本內(nèi)容和方法，包括時(shí)域分析、頻域分析、倒譜分析、矢量量化技術(shù)、同態(tài)分析、線性預(yù)測(cè)分析、共振峰檢測(cè)方法等；掌握語(yǔ)音信號(hào)處理的一些應(yīng)用，主要有語(yǔ)音編碼、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別說(shuō)話人識(shí)別等。學(xué)生通過(guò)了解和掌握語(yǔ)音信號(hào)處理的基本內(nèi)容和方法及語(yǔ)音信號(hào)處理的一些應(yīng)用，為今后的科學(xué)研究和社會(huì)實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

本課程理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)，課程內(nèi)容較多，并且與《信號(hào)與系統(tǒng)》、《數(shù)字信號(hào)處理》等課程有直接的關(guān)系。針對(duì)該課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少的特點(diǎn)，為了讓學(xué)生在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握本課程的重點(diǎn)內(nèi)容，我們從理論教學(xué)改革、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、實(shí)踐教學(xué)改革和教學(xué)手段改革等方面進(jìn)行研究并實(shí)施教學(xué)實(shí)踐。

1 課程教學(xué)改革的內(nèi)容

1.1 理論教學(xué)改革

由于受到理論教學(xué)學(xué)時(shí)的限制，《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程的理論教學(xué)內(nèi)容主要講授教材的第一章到第九章。第一章介紹語(yǔ)音信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)講授語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)學(xué)模型。第二章到第五章的內(nèi)容重點(diǎn)講解語(yǔ)音信號(hào)的分析方法和處理技術(shù)，主要包括：語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化和預(yù)處理、時(shí)域分析、頻域分析、倒譜分析、線性預(yù)測(cè)分析、基音周期估計(jì)、矢量量化技術(shù)和隱馬爾可夫模型等。語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化和預(yù)處理主要介紹窗函數(shù)，掌握窗的類型和寬度的選取。時(shí)域分析和頻域分析在《數(shù)字信號(hào)處理》課程中已經(jīng)介紹，這里主要介紹它們?cè)谡Z(yǔ)音信號(hào)處理中的物理意義。倒譜分析主要講解同態(tài)處理技術(shù)對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行解卷，重點(diǎn)掌握解卷過(guò)程。線性預(yù)測(cè)分析介紹如何估計(jì)其預(yù)測(cè)參數(shù)，介紹線性預(yù)測(cè)的基本原理和語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字模型之間的密切關(guān)系?；糁芷诠烙?jì)主要講授自相關(guān)法估計(jì)基音周期。矢量量化技術(shù)主要介紹其原理和最佳碼本設(shè)計(jì)。隱馬爾可夫模型主要講解隱馬爾可夫模型的定義和基本算法，本科生學(xué)習(xí)隱馬爾可夫模型有一定的難度，關(guān)于隱馬爾可夫模型的其他內(nèi)容不再講授，感興趣的學(xué)生可以自行學(xué)習(xí)。由于第六章內(nèi)容難度較大，因此主要講授人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念、構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)模型及其主要算法，讓學(xué)生對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有個(gè)基礎(chǔ)的了解。第七章語(yǔ)音編碼主要講解語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼的原理，重點(diǎn)講解語(yǔ)音信號(hào)的波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。第八章語(yǔ)音合成重點(diǎn)講解共振峰合成法和線性預(yù)測(cè)合成法。第九章講解語(yǔ)音識(shí)別原理和識(shí)別系統(tǒng)的組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程是一門理論性和實(shí)踐性非常強(qiáng)的專業(yè)課程，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要，它不僅能加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握，而且能夠提高學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力。改革中我們?cè)黾恿藢?shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，使得實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)達(dá)到51學(xué)時(shí)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為理論教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，既包含驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也包含設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。《語(yǔ)音信號(hào)處理》實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生深入掌握語(yǔ)音信號(hào)的分析方法和處理技術(shù)，提高學(xué)生設(shè)計(jì)語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)的能力，激發(fā)其對(duì)語(yǔ)音信號(hào)處理領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用Matlab軟件進(jìn)行仿真，具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、要求、學(xué)時(shí)分配如表1所示。

表1 Matlab仿真實(shí)驗(yàn)安排

1.3 實(shí)踐教學(xué)改革

語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)當(dāng)今發(fā)展最快的信息處理技術(shù)之一，因此，在《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程教學(xué)過(guò)程中，可以講授一些有關(guān)語(yǔ)音信號(hào)處理的最新研究前沿，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，最近國(guó)外的研究者研究出一種基于WIFI的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，研究人員通過(guò)WIFI可以監(jiān)控說(shuō)話者，并能語(yǔ)音識(shí)別說(shuō)話內(nèi)容和識(shí)別說(shuō)話者。該技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)于公共安全和打擊犯罪具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。在授課過(guò)程中穿插講授這些最新前沿的研究動(dòng)態(tài)，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造能力。同時(shí)，教師可以將自己主持或參與的相關(guān)語(yǔ)音信號(hào)處理科研項(xiàng)目引入實(shí)踐教學(xué)，讓一些有這方面興趣和能力的學(xué)生參與科研項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)開(kāi)展相關(guān)語(yǔ)音信號(hào)處理課題研究。另一方面，教師可以將自己相關(guān)語(yǔ)音信號(hào)處理科研項(xiàng)目中在學(xué)生能力范圍內(nèi)的一些研究?jī)?nèi)容引入到學(xué)生實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和科研能力。

1.4 教學(xué)手段改革

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，教學(xué)手段也在不斷更新發(fā)展。目前主要的教學(xué)手段有：傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)、多媒體教學(xué)、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)混合。根據(jù)《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程的特點(diǎn)，我們采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)混合的教學(xué)手段。《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程是一門實(shí)踐性和操作性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過(guò)程中我們可以采用多媒體教學(xué)，通過(guò)語(yǔ)音、圖像、動(dòng)畫等形式將教學(xué)內(nèi)容展現(xiàn)給學(xué)生，給學(xué)生以深刻的認(rèn)識(shí)。特別是本課程采用MATLAB軟件編寫程序，通過(guò)多媒體教學(xué)可以現(xiàn)場(chǎng)將編寫的程序和結(jié)果展現(xiàn)給學(xué)生觀看，這對(duì)于教學(xué)來(lái)說(shuō)更有說(shuō)服力。傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)具有靈活、易控的優(yōu)點(diǎn)，可以展現(xiàn)教學(xué)當(dāng)中隨機(jī)可能出現(xiàn)的一些內(nèi)容。對(duì)于多媒體不便展示的內(nèi)容，我們采用傳統(tǒng)板書(shū)的形式展現(xiàn)給學(xué)生，利用傳統(tǒng)板書(shū)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和邏輯思維能力。

2 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)《語(yǔ)音信號(hào)處理》課程進(jìn)行改革，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，改進(jìn)了教學(xué)手段，強(qiáng)調(diào)了科研項(xiàng)目與教學(xué)的關(guān)系。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。實(shí)踐證明，教師在教學(xué)過(guò)程不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、理論與實(shí)踐相結(jié)合，就可以有效地完成教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)優(yōu)秀的人才?！墩Z(yǔ)音信號(hào)處理》課程教學(xué)改革雖然取得了較好的效果，但還需要教師在教學(xué)過(guò)程中不斷地改進(jìn)和改革，只有這樣才能提高教學(xué)質(zhì)量，完成教學(xué)目標(biāo)，為學(xué)生走向工作崗位和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］陳琦，張連海.“語(yǔ)音信號(hào)處理”課程教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.中國(guó)電力教育，2010，（12）:103-104.

［2］趙力．語(yǔ)音信號(hào)處理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003．

［3］王偉，曾鳳，章國(guó)安，等.“語(yǔ)音信號(hào)處理”課程教學(xué)改革探索［J］.中國(guó)電力教育，2013，（35）:116-130.

［4］趙楠，李世豪，肖雄，等.Matlab在語(yǔ)音信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2015，13（6）:54-57.

［5］林琴，郭玉堂，劉路路，等.Matlab在語(yǔ)音信號(hào)處理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2015，33（3）:99-101.

Study on the Teaching Reform of Speech Signal Processing

XIE Shao-guo
（Anqing Normal University，Anqing 246133，China）

The course ofSpeech Signal Processingis an elective course for undergraduates ofcommunication engineeringof Anqing Normal University.According to the actual situation of the curriculum，this paper studies the course of Speech Signal Processingfrom the theoretical teaching，experimental teaching，practice teaching and teaching method.The teaching reform of this course plays an important role in cultivatingstudents’abilityoflearning，creativityand practice.

Speech Signal Processing；experimental teaching；reform；teachingmethod

G642.0

A

1674-3229（2017）03-0112-02

2017-05-09

2015年安徽省自然科學(xué)基金（AQKJ2015B005）

謝紹國(guó)（1980-），男，博士，安慶師范大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院講師，研究方向：無(wú)線通信。