音频特征-梅尔频率倒谱系数(MFCC)详解

本文汇总了多个关于Mel频率倒谱系数(MFCC)的优质资源,包括详细的提取过程讲解、原理说明及MATLAB与HTK实现代码等。适用于希望深入了解MFCC理论与实践的读者。

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总结一些关于MFCC写的比较好的资源:

1. MFCC提取过程讲解的非常详细,形象(图表多):

http://blog.youkuaiyun.com/zouxy09/article/details/9156785

2. MFCC原理上讲解的很简洁,有基于MATLAB和HTK的实现代码:

http://blog.youkuaiyun.com/jojozhangju/article/details/18678861

3. 另一篇MFCC Blog:

http://blog.youkuaiyun.com/xmdxcsj/article/details/51228791

4. CMU关于MFCC介绍的经典Slides:

http://www.speech.cs.cmu.edu/15-492/slides/03_mfcc.pdf

5. MFCC英文版教程:

http://practicalcryptography.com/miscellaneous/machine-learning/guide-mel-frequency-cepstral-coefficients-mfccs/

### MFCC梅尔频率倒谱系数)的概念与实现 #### 概念介绍 MFCC 是一种重要的音频信号特征,用于捕捉音频信号的频谱特性。它通过模拟人类听觉系统的感知方式,在梅尔尺度上对声音进行建模[^2]。具体来说,MFCC 提取过程涉及多个步骤,包括分帧、傅里叶变换、应用梅尔滤波器组、计算对数能量以及执行离散余弦变换 (DCT)[^3]。 #### 实现方法详解 以下是 MFCC 的主要计算步骤: 1. **预处理**: 音频信号通常会先经过预加重处理,以增强高频部分并减少噪声的影响[^4]。 2. **分帧**: 将连续的音频信号分割成短时帧,每帧长度一般为 20-40 ms,相邻帧之间会有一定的重叠,常用的是 50% 的重叠率。 3. **加窗**: 对每一帧数据施加汉明窗或其他窗口函数,以减小帧边界处的能量突变影响。 4. **快速傅里叶变换 (FFT)**: 对每一帧的数据进行 FFT 转换,将其从时域转换到频域,从而获得该帧的频谱信息。 5. **梅尔滤波器组**: 构造一组按梅尔刻度分布的三角形滤波器,将频谱映射到梅尔尺度上。这一步能够更好地反映人耳对不同频率的感受差异。 6. **对数能量计算**: 计算每个梅尔滤波器输出的对数值,作为后续 DCT 输入的一部分。 7. **离散余弦变换 (DCT)**: 应用 DCT 到对数能量向量上,提取低阶的倒谱系数,这些系数代表了音频的主要特征。典型的 MFCC 系数数量为 12-13 个。 8. **动态差分参数**: 进一步计算一阶和二阶差分参数,用来描述语音信号随时间变化的动力学特性。 #### Python 实现示例 以下是一个基于 `librosa` 库的简单 MFCC 实现代码: ```python import librosa import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np # 加载音频文件 audio_path = 'example_audio.wav' y, sr = librosa.load(audio_path) # 提取 MFCC 特征 mfccs = librosa.feature.mfcc(y=y, sr=sr, n_mfcc=13, hop_length=512) # 可视化 MFCC plt.figure(figsize=(10, 4)) librosa.display.specshow(mfccs, x_axis='time', y_axis='mel', sr=sr, fmax=8000) plt.colorbar(format='%+2.0f dB') plt.title('MFCC') plt.tight_layout() plt.show() print(f"MFCC shape: {mfccs.shape}") ``` 此代码片段展示了如何加载音频文件、提取 MFCC 并可视化其结果。 ---
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