謝紹國

（安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246133）

《語音信號處理》課程教學(xué)改革研究

謝紹國

（安慶師范大學(xué)，安徽 安慶 246133）

“語音信號處理”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)校課程開設(shè)的實際情況，從理論教學(xué)、實驗教學(xué)、實踐教學(xué)和教學(xué)手段等方面展開研究。該課程的教學(xué)改革對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力和實踐能力起到了至關(guān)重要的作用。

語音信號處理；實驗教學(xué)；改革；教學(xué)手段

0 引言

《語音信號處理》課程是安慶師范大學(xué)計算機(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，是以語音語言學(xué)和數(shù)字信號處理為基礎(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)、計算機(jī)科學(xué)、通信與信息科學(xué)以及模式識別和人工智能等學(xué)科都有著非常密切的聯(lián)系。“語音信號處理”課程的總學(xué)時數(shù)為68學(xué)時，其中理論教學(xué)34學(xué)時，實驗教學(xué)34學(xué)時，教材選用趙力編著的《語音信號處理》（第二版）。該教材內(nèi)容主要包含以下幾個部分：語音信號處理基礎(chǔ)知識、語音信號分析和處理技術(shù)、語音信號處理應(yīng)用的原理和方法等。本課程的教學(xué)目的是要求學(xué)生了解和掌握語音信號處理的基本內(nèi)容和方法，包括時域分析、頻域分析、倒譜分析、矢量量化技術(shù)、同態(tài)分析、線性預(yù)測分析、共振峰檢測方法等；掌握語音信號處理的一些應(yīng)用，主要有語音編碼、語音合成、語音識別說話人識別等。學(xué)生通過了解和掌握語音信號處理的基本內(nèi)容和方法及語音信號處理的一些應(yīng)用，為今后的科學(xué)研究和社會實踐打下堅實的基礎(chǔ)。

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

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)時的限制，《語音信號處理》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。第一章介紹語音信號處理的基礎(chǔ)知識，重點講授語音信號的數(shù)學(xué)模型。第二章到第五章的內(nèi)容重點講解語音信號的分析方法和處理技術(shù)，主要包括：語音信號的數(shù)字化和預(yù)處理、時域分析、頻域分析、倒譜分析、線性預(yù)測分析、基音周期估計、矢量量化技術(shù)和隱馬爾可夫模型等。語音信號的數(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。時域分析和頻域分析在《數(shù)字信號處理》課程中已經(jīng)介紹，這里主要介紹它們在語音信號處理中的物理意義。倒譜分析主要講解同態(tài)處理技術(shù)對語音信號進(jìn)行解卷，重點掌握解卷過程。線性預(yù)測分析介紹如何估計其預(yù)測參數(shù)，介紹線性預(yù)測的基本原理和語音信號數(shù)字模型之間的密切關(guān)系?；糁芷诠烙嬛饕v授自相關(guān)法估計基音周期。矢量量化技術(shù)主要介紹其原理和最佳碼本設(shè)計。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)生對人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有個基礎(chǔ)的了解。第七章語音編碼主要講解語音信號壓縮編碼的原理，重點講解語音信號的波形編碼、參數(shù)編碼和混合編碼。第八章語音合成重點講解共振峰合成法和線性預(yù)測合成法。第九章講解語音識別原理和識別系統(tǒng)的組成。

1.2 實驗教學(xué)改革

《語音信號處理》課程是一門理論性和實踐性非常強(qiáng)的專業(yè)課程，因此實驗教學(xué)環(huán)節(jié)非常重要，它不僅能加深學(xué)生對基礎(chǔ)知識的理解和掌握，而且能夠提高學(xué)生的創(chuàng)造能力和實踐能力。改革中我們增加了實驗學(xué)時，使得實驗學(xué)時達(dá)到51學(xué)時。實驗內(nèi)容為理論教學(xué)的重點內(nèi)容，既包含驗證性實驗，也包含設(shè)計性實驗?！墩Z音信號處理》實驗可以讓學(xué)生深入掌握語音信號的分析方法和處理技術(shù)，提高學(xué)生設(shè)計語音信號處理系統(tǒng)的能力，激發(fā)其對語音信號處理領(lǐng)域的學(xué)習(xí)興趣。實驗教學(xué)采用Matlab軟件進(jìn)行仿真，具體實驗內(nèi)容、要求、學(xué)時分配如表1所示。

表1 Matlab仿真實驗安排

1.3 實踐教學(xué)改革

語音信號處理技術(shù)當(dāng)今發(fā)展最快的信息處理技術(shù)之一，因此，在《語音信號處理》課程教學(xué)過程中，可以講授一些有關(guān)語音信號處理的最新研究前沿，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，最近國外的研究者研究出一種基于WIFI的語音識別技術(shù)，研究人員通過WIFI可以監(jiān)控說話者，并能語音識別說話內(nèi)容和識別說話者。該技術(shù)的出現(xiàn)對于公共安全和打擊犯罪具有重要的現(xiàn)實意義。在授課過程中穿插講授這些最新前沿的研究動態(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，教師可以將自己主持或參與的相關(guān)語音信號處理科研項目引入實踐教學(xué)，讓一些有這方面興趣和能力的學(xué)生參與科研項目，引導(dǎo)學(xué)生主動開展相關(guān)語音信號處理課題研究。另一方面，教師可以將自己相關(guān)語音信號處理科研項目中在學(xué)生能力范圍內(nèi)的一些研究內(nèi)容引入到學(xué)生實踐教學(xué)內(nèi)容中，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和科研能力。

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)板書教學(xué)、多媒體教學(xué)、多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)混合。根據(jù)《語音信號處理》課程的特點，我們采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)板書教學(xué)混合的教學(xué)手段?！墩Z音信號處理》課程是一門實踐性和操作性很強(qiáng)的課程，在教學(xué)過程中我們可以采用多媒體教學(xué)，通過語音、圖像、動畫等形式將教學(xué)內(nèi)容展現(xiàn)給學(xué)生，給學(xué)生以深刻的認(rèn)識。特別是本課程采用MATLAB軟件編寫程序，通過多媒體教學(xué)可以現(xiàn)場將編寫的程序和結(jié)果展現(xiàn)給學(xué)生觀看，這對于教學(xué)來說更有說服力。傳統(tǒng)板書教學(xué)具有靈活、易控的優(yōu)點，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。對于多媒體不便展示的內(nèi)容，我們采用傳統(tǒng)板書的形式展現(xiàn)給學(xué)生，利用傳統(tǒng)板書教學(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

通過對《語音信號處理》課程進(jìn)行改革，優(yōu)化了教學(xué)內(nèi)容，加強(qiáng)了實驗教學(xué)和實踐教學(xué)，改進(jìn)了教學(xué)手段，強(qiáng)調(diào)了科研項目與教學(xué)的關(guān)系。通過實驗教學(xué)和實踐教學(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。實踐證明，教師在教學(xué)過程不斷優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法、理論與實踐相結(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音信號處理》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)研究打下堅實的基礎(chǔ)。

［1］陳琦，張連海.“語音信號處理”課程教學(xué)改革與實踐［J］.中國電力教育，2010，（12）:103-104.

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［4］趙楠，李世豪，肖雄，等.Matlab在語音信號處理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2015，13（6）:54-57.

［5］林琴，郭玉堂，劉路路，等.Matlab在語音信號處理教學(xué)中的應(yīng)用［J］.合肥師范學(xué)院學(xué)報，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（1980-），男，博士，安慶師范大學(xué)計算機(jī)與信息學(xué)院講師，研究方向：無線通信。