[发明专利]一种用于语音基音频率提取的改进局部均值分解方法

摘要

一种用于语音基音频率提取的改进局部均值分解方法，首先使用三次样条插值的迭代包络法计算语音信号的上、下包络，计算得到语音信号的局部均值函数和包络估计函数；在完成一次“筛选”之后，后续“筛选”过程使用分段三次埃尔米特多项式插值的迭代包络法计算语音信号的上、下包络从而获得新的局部均值函数和包络估计函数；在局部均值分解完成后，选择能量最大的分量计算其包络函数的频谱，最终获得语音信号的基音频率；本发明将具有消除欠包络的迭代包络法引入到局部均值分解方法中，并将高阶和低阶插值曲线结合来减缓过包络，由此构建信号的局部均值函数和包络估计函数，显著提升LMD方法在语音信号基音频率提取过程中的计算效率和收敛的稳定性。

主权项

1.一种用于语音基音频率提取的改进局部均值分解方法，其特征在于，称使用分段三次埃尔米特多项式插值(Piecewise Cubic Hermite Interpolating Polynomial，PCHIP)曲线的迭代包络为PCHIP‑IE，称使用三次样条插值(Cubic Spline，CS)曲线的迭代包络为CS‑IE，包括以下步骤：1)设有语音信号x(t)，计数变量C＝1；2)如果C＝1，使用CS‑IE求取语音信号x(t)的上包络为和下包络为则语音信号x(t)的局部均值函数m₁₁(t)和包络估计函数a₁₁(t)分别为如果C＞1，使用PCHIP‑IE求取信号的上包络为和下包络为则语音信号x(t)的局部均值函数m₁₁(t)和包络估计函数a₁₁(t)分别为3)将局部均值函数m₁₁(t)从语音信号x(t)中分离出来，然后除以包络估计函数a₁₁(t)，从而对其进行幅值解调，得到信号s₁₁(t)：4)将计数变量C加1，然后将s₁₁(t)作为新的语音信号x(t)，重复步骤2)‑步骤3)，直到得到一个纯调频信号s_1n(t)，满足1≤s_1n(t)≤1，s_1n(t)的包络估计函数满足a_1(n+1)(t)≈1；给定一个阈值Δ，迭代终止条件设定为1‑Δ≤a_1n(t)≤1+Δ；Δ设置的越小，分解越精确；5)把步骤1)‑步骤4)中产生的所有包络估计函数相乘得到包络信号a₁(t)：a₁(t)＝a₁₁(t)a₁₂(t)…a_1n(t)6)将包络信号a₁(t)与获得的纯调频信号s_1n(t)相乘，得到语音信号x(t)的第一个PF分量PF₁(t)：PF₁(t)＝a₁(t)s_1n(t)7)将第一个PF分量从语音信号x(t)中分离出来，得到一个新的信号u₁(t)，将信号u₁(t)作为新的语音信号x(t)重复步骤1)‑步骤6)，循环k次，直到u_k(t)为一个单调函数或者为止；最终将语音信号x(t)分解成k个PF分量PF_i(t)，其中i＝1,...,k，以及1个余项u_k(t)，将余项u_k(t)记作R；8)选择能量最大的PF分量PF_i(t)并计算其包络信号的频谱，从而获得语音信号x(t)的基音频率。