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窗函数在语音信号处理中的应用

来源:网络 更新时间:2024-05-06 18:32:14

窗函数在语音信号处理中扮演着重要的角色。语音信号是一个非平稳的时变信号,但在短时间内可以认为语音信号是平稳时不变的,一般为10~30ms。对连续的语音分帧做STFT处理,等价于截取一段时间信号,对其进行周期性延拓,从而变成无限长序列,并对该无限长序列做FFT变换。然而,这一截断并不符合傅里叶变换的定义,会导致频谱泄漏和混叠。

  • 频谱泄漏 :如果不加窗,默认就是矩形窗,时域的乘积就是频域的卷积,使得频谱以实际频率值为中心,以窗函数频谱波形的形状向两侧扩散,指某一频点能量扩散到相邻频点的现象,会导致幅度较小的频点淹没在幅度较大的频点泄漏分量中。
  • 频谱混叠 :会在分段拼接处引入虚假的峰值,进而不能获得准确的频谱情况。

加窗的目的 :让一帧信号的幅度在两端渐变到0,渐变对傅里叶变换有好处,可以让频谱上的各个峰更细,不容易糊在一起,从而减轻频谱泄漏和混叠的影响。

加窗的代价 :一帧信号两端的部分被削弱了,没有像中央的部分那样得到重视。弥补的办法就是相互重叠。相邻两帧的起始位置的时间差叫做帧移,常见的取法是取为帧长的一半。