《语音信号处理》课程教学改革研究

谢绍国

（安庆师范大学，安徽 安庆 246133）

《语音信号处理》课程教学改革研究

谢绍国

（安庆师范大学，安徽 安庆 246133）

“语音信号处理”课程是安庆师范大学通信工程专业本科生的专业选修课，结合学校课程开设的实际情况，从理论教学、实验教学、实践教学和教学手段等方面展开研究。该课程的教学改革对培养学生的学习能力、创造能力和实践能力起到了至关重要的作用。

语音信号处理；实验教学；改革；教学手段

0 引言

《语音信号处理》课程是安庆师范大学计算机与信息学院通信工程专业本科生的一门专业选修课程，是以语音语言学和数字信号处理为基础而形成的一门涉及面很广的综合性的学科，与心理生理学、计算机科学、通信与信息科学以及模式识别和人工智能等学科都有着非常密切的联系。“语音信号处理”课程的总学时数为68学时，其中理论教学34学时，实验教学34学时，教材选用赵力编著的《语音信号处理》（第二版）。该教材内容主要包含以下几个部分：语音信号处理基础知识、语音信号分析和处理技术、语音信号处理应用的原理和方法等。本课程的教学目的是要求学生了解和掌握语音信号处理的基本内容和方法，包括时域分析、频域分析、倒谱分析、矢量量化技术、同态分析、线性预测分析、共振峰检测方法等；掌握语音信号处理的一些应用，主要有语音编码、语音合成、语音识别说话人识别等。学生通过了解和掌握语音信号处理的基本内容和方法及语音信号处理的一些应用，为今后的科学研究和社会实践打下坚实的基础。

本课程理论性和实践性较强，课程内容较多，并且与《信号与系统》、《数字信号处理》等课程有直接的关系。针对该课程内容多、学时少的特点，为了让学生在有限的学时内掌握本课程的重点内容，我们从理论教学改革、实验教学改革、实践教学改革和教学手段改革等方面进行研究并实施教学实践。

1 课程教学改革的内容

1.1 理论教学改革

由于受到理论教学学时的限制，《语音信号处理》课程的理论教学内容主要讲授教材的第一章到第九章。第一章介绍语音信号处理的基础知识，重点讲授语音信号的数学模型。第二章到第五章的内容重点讲解语音信号的分析方法和处理技术，主要包括：语音信号的数字化和预处理、时域分析、频域分析、倒谱分析、线性预测分析、基音周期估计、矢量量化技术和隐马尔可夫模型等。语音信号的数字化和预处理主要介绍窗函数，掌握窗的类型和宽度的选取。时域分析和频域分析在《数字信号处理》课程中已经介绍，这里主要介绍它们在语音信号处理中的物理意义。倒谱分析主要讲解同态处理技术对语音信号进行解卷，重点掌握解卷过程。线性预测分析介绍如何估计其预测参数，介绍线性预测的基本原理和语音信号数字模型之间的密切关系。基音周期估计主要讲授自相关法估计基音周期。矢量量化技术主要介绍其原理和最佳码本设计。隐马尔可夫模型主要讲解隐马尔可夫模型的定义和基本算法，本科生学习隐马尔可夫模型有一定的难度，关于隐马尔可夫模型的其他内容不再讲授，感兴趣的学生可以自行学习。由于第六章内容难度较大，因此主要讲授人工神经网络的概念、构成、网络模型及其主要算法，让学生对人工神经网络有个基础的了解。第七章语音编码主要讲解语音信号压缩编码的原理，重点讲解语音信号的波形编码、参数编码和混合编码。第八章语音合成重点讲解共振峰合成法和线性预测合成法。第九章讲解语音识别原理和识别系统的组成。

1.2 实验教学改革

《语音信号处理》课程是一门理论性和实践性非常强的专业课程，因此实验教学环节非常重要，它不仅能加深学生对基础知识的理解和掌握，而且能够提高学生的创造能力和实践能力。改革中我们增加了实验学时，使得实验学时达到51学时。实验内容为理论教学的重点内容，既包含验证性实验，也包含设计性实验。《语音信号处理》实验可以让学生深入掌握语音信号的分析方法和处理技术，提高学生设计语音信号处理系统的能力，激发其对语音信号处理领域的学习兴趣。实验教学采用Matlab软件进行仿真，具体实验内容、要求、学时分配如表1所示。

表1 Matlab仿真实验安排

1.3 实践教学改革

语音信号处理技术当今发展最快的信息处理技术之一，因此，在《语音信号处理》课程教学过程中，可以讲授一些有关语音信号处理的最新研究前沿，培养学生的学习兴趣。例如，最近国外的研究者研究出一种基于WIFI的语音识别技术，研究人员通过WIFI可以监控说话者，并能语音识别说话内容和识别说话者。该技术的出现对于公共安全和打击犯罪具有重要的现实意义。在授课过程中穿插讲授这些最新前沿的研究动态，不仅可以提高学生的学习兴趣，而且可以激发学生的创造能力。同时，教师可以将自己主持或参与的相关语音信号处理科研项目引入实践教学，让一些有这方面兴趣和能力的学生参与科研项目，引导学生主动开展相关语音信号处理课题研究。另一方面，教师可以将自己相关语音信号处理科研项目中在学生能力范围内的一些研究内容引入到学生实践教学内容中，培养学生的实践能力和科研能力。

1.4 教学手段改革

随着信息技术的不断发展，教学手段也在不断更新发展。目前主要的教学手段有：传统板书教学、多媒体教学、多媒体教学与传统板书教学混合。根据《语音信号处理》课程的特点，我们采用多媒体教学与传统板书教学混合的教学手段。《语音信号处理》课程是一门实践性和操作性很强的课程，在教学过程中我们可以采用多媒体教学，通过语音、图像、动画等形式将教学内容展现给学生，给学生以深刻的认识。特别是本课程采用MATLAB软件编写程序，通过多媒体教学可以现场将编写的程序和结果展现给学生观看，这对于教学来说更有说服力。传统板书教学具有灵活、易控的优点，可以展现教学当中随机可能出现的一些内容。对于多媒体不便展示的内容，我们采用传统板书的形式展现给学生，利用传统板书教学可以培养学生的学习能力和逻辑思维能力。

2 结语

通过对《语音信号处理》课程进行改革，优化了教学内容，加强了实验教学和实践教学，改进了教学手段，强调了科研项目与教学的关系。通过实验教学和实践教学，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的学习能力和创造能力。实践证明，教师在教学过程不断优化教学内容、改进教学方法、理论与实践相结合，就可以有效地完成教学目标，培养优秀的人才。《语音信号处理》课程教学改革虽然取得了较好的效果，但还需要教师在教学过程中不断地改进和改革，只有这样才能提高教学质量，完成教学目标，为学生走向工作岗位和科学研究打下坚实的基础。

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［3］王伟，曾凤，章国安，等.“语音信号处理”课程教学改革探索［J］.中国电力教育，2013，（35）:116-130.

［4］赵楠，李世豪，肖雄，等.Matlab在语音信号处理教学中的应用［J］.实验科学与技术，2015，13（6）:54-57.

［5］林琴，郭玉堂，刘路路，等.Matlab在语音信号处理教学中的应用［J］.合肥师范学院学报，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年安徽省自然科学基金（AQKJ2015B005）

谢绍国（1980-），男，博士，安庆师范大学计算机与信息学院讲师，研究方向：无线通信。