MFCC及提取流程概述

概述

　　MFCC：Mel频率倒谱系数的缩写。Mel频率是基于人耳听觉特性提出来的，它与Hz频率成非线性对应关系。Mel频率倒谱系数(MFCC)则是利用它们之间的这种关系，计算得到的Hz频谱特征。

　　应用

　　MFCC已经广泛地应用在语音识别领域。由于Mel频率与Hz频率之间非线性的对应关系，使得MFCC随着频率的提高，其计算精度随之下降。因此，在应用中常常只使用低频MFCC，而丢弃中高频MFCC。

　　提取流程

　　MFCC参数的提取包括以下几个步骤：

　　 预滤波：CODEC前端带宽为300-3400Hz的抗混叠滤波器。

　　 A/D变换：8kHz的采样频率，12bit的线性量化精度。

　　 预加重：通过一个一阶有限激励响应高通滤波器，使信号的频谱变得平坦，不易受到有限字长效应的影响。

　　 分帧：根据语音的短时平稳特性，语音可以以帧为单位进行处理，实验中选取的语音帧长为32ms，帧叠为16ms。

　　 加窗：采用哈明窗对一帧语音加窗，以减小吉布斯效应的影响。

　　 快速傅立叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)：将时域信号变换成为信号的功率谱。

　　 三角窗滤波：用一组Mel频标上线性分布的三角窗滤波器(共24个三角窗滤波器)，对信号的功率谱滤波，每一个三角窗滤波器覆盖的范围都近似于人耳的一个临界带宽，以此来模拟人耳的掩蔽效应。

　　 求对数：三角窗滤波器组的输出求取对数，可以得到近似于同态变换的结果。

　　 离散余弦变换(Discrete Cosine Transformation, DCT)：去除各维信号之间的相关性，将信号映射到低维空间。

　　 谱加权：由于倒谱的低阶参数易受说话人特性、信道特性等的影响，而高阶参数的分辨能力比较低，所以需要进行谱加权，抑制其低阶和高阶参数。

　　 倒谱均值减(Cepstrum Mean Subtraction, CMS)：CMS可以有效地减小语音输入信道对特征参数的影响。

　　 差分参数：大量实验表明，在语音特征中加入表征语音动态特性的差分参数，能够提高系统的识别性能。在本系统中，我们也用到了MFCC参数的一阶差分参数和二阶差分参数。

　　 短时能量：语音的短时能量也是重要的特征参数，本系统中我们采用了语音的短时归一化对数能量及其一阶差分、二阶差分参数。