梅氏砝码问题

有4个砝码,共重40克,现有一个天平,问这4个砝码分别为多少克?可以称出1-40克的重量。

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这个在数学上叫做梅氏砝码问题,其叙述如下: 
若有n个砝码,重量分别为M1,M2,……,Mn,且能称出从1到(M1+M2+……+Mn)的所有重量,则再加一个砝码,重量为Mn+1=(M1+M2+……+Mn)*2+1,则这n+1个砝码能称出从1到 
(M1+M2+……+Mn+Mn+1)的所有重量。 

取n=1,M1=1,则可以依此类推出所有砝码的重量为: 
1,3,9,27,81,243,……

### 梅尔倒频谱系数(MFCC)概述 梅尔频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstral Coefficients, MFCC)是一种广泛应用在语音识别和处理中的声学特征[^2]。MFCC的设计灵感来源于人类听觉系统的特性,特别是人耳对不同频率的敏感度差异。 #### 特征描述 MFCC通过一系列处理步骤来模拟人耳对声音的感受方式: - **预加重**:通过对原始音频信号施加高通滤波器,增强高频成分并减少低频噪声的影响。 - **分帧**:将连续时间序列分割成多个固定长度的时间窗口或“帧”,通常这些帧之间会有一定的重叠。 - **加窗**:为了降低相邻样本之间的不连续性和由此产生的伪影,在每帧上应用一个平滑函数(如汉明窗)。 - **快速傅里叶变换 (FFT)** :把时域内的数据映射到频域内表示形式;这一步骤可以揭示出存在于输入信号内部的各种周期模式及其强度分布情况。 - **梅尔滤波器组**:利用一组按特定间隔排列于梅氏尺度上的三角形带通滤波器作用于上述所得幅度谱之上,从而获得更贴近自然听力机制下的响应曲线形状。 - **对数运算**:取各通道输出结果的自然对数值,以便更好地反映实际感知效果。 - **离散余弦变换(DCT)**:最后执行一次DCT操作以进一步压缩维度,并最终形成所需的MFCC向量集合。 ```matlab % MATLAB代码片段展示如何实现基本的MFCC计算过程 function mfccs = compute_mfcc(signal, fs) % 参数初始化... % 预加重 pre_emphasized_signal = filter([1 -0.97], 1, signal); % 分帧 & 加窗 frames = buffer(pre_emphasized_signal, frame_length, overlap_samples, 'nodelay'); windowed_frames = frames .* hamming(frame_length)'; % FFT 和 功率谱密度估计 fft_result = abs(fft(windowed_frames)).^2; % 应用梅尔滤波器银行 mel_filters = create_mel_filter_bank(fs, num_cepstra); filtered_power_spectra = fft_result * mel_filters'; % 对数转换 log_filtered_powers = log(filtered_power_spectra + eps); % DCT 变换获取最终MFCC mfccs = dct(log_filtered_powers); end ``` #### 应用场景 由于其强大的表征能力和鲁棒性,MFCC被广泛应用于各种领域中,包括但不限于以下几个方面: - **自动语音识别**(ASR): 提取出能够有效区分不同发音单位的信息作为模型训练的基础. - **说话人验证/辨认**: 利用个人独特的发声特质来进行身份确认或是分类任务. - **情感分析**: 推断讲话者的情绪状态比如快乐、悲伤等情绪类别.
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