病態(tài)嗓音信號(hào)復(fù)雜度探究

1、病態(tài)嗓音信號(hào)復(fù)雜度探究【摘要】基于發(fā)聲系統(tǒng)本身是一個(gè)非穩(wěn)定非線性 的系統(tǒng)，因而嗓音信號(hào)具有非線性特點(diǎn)出發(fā)，為研究病態(tài)嗓 音的復(fù)雜度，本文以三種典型信號(hào)：周期信號(hào)、混沌信號(hào)、 隨機(jī)信號(hào)，和正常嗓音信號(hào)做對(duì)比。實(shí)驗(yàn)證明：嗓音信號(hào)比 周期信號(hào)信號(hào)復(fù)雜，具有一定的混沌和隨機(jī)特性，且病態(tài)嗓 音比正常嗓音信號(hào)復(fù)雜度高?！娟P(guān)鍵詞】病態(tài)嗓音；clz復(fù)雜度；典型信號(hào)引言人體發(fā)音器官器官組成：呼吸器官（包括肺，橫隔膜和 腹?。儆趧?dòng)力部分，喉部聲帶屬于振動(dòng)部分，口腔，咽腔 和鼻腔屬于共鳴部分?？梢?jiàn)嗓音信號(hào)由一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的非穩(wěn) 定非線性系統(tǒng)發(fā)出，因此嗓音信號(hào)具有非平穩(wěn)，非線性的特 點(diǎn)，并在一定程度上具有混沌特性1.

2、2。也就是說(shuō)嗓音信 號(hào)具備一定的復(fù)雜性。當(dāng)發(fā)聲器官某一部分發(fā)生病變，必然 引起嗓音的病變形成病態(tài)嗓音，把信號(hào)復(fù)雜度研究方法引入 到病態(tài)嗓音的研究領(lǐng)域，為病態(tài)嗓音的復(fù)雜性相關(guān)特征提取 找到一些出口。這將對(duì)促進(jìn)嗓音病變實(shí)現(xiàn)無(wú)痛，無(wú)接觸檢查 方法的研究具有一定的重要意義。本文采用常見(jiàn)描述生理信 號(hào)復(fù)雜度的lempel-ziv復(fù)雜度3,以三種典型信號(hào)：周期 信號(hào)，混沌信號(hào)，隨機(jī)信號(hào)做對(duì)比，研究病態(tài)嗓音的復(fù)雜度。隨著人們對(duì)非線性方法的分析越加深入，發(fā)現(xiàn)很多生物醫(yī)學(xué)信號(hào)如腦電信號(hào)、心電信號(hào)和嗓音信號(hào)是非線性不平穩(wěn)，lz復(fù)雜度是一種表征時(shí)間序列里出現(xiàn)新模式的速率的方法算法,應(yīng)用于腦電信號(hào)、心電信號(hào)取得了較好

3、的效果4 5 o這個(gè)方法最先由lempel和ziv提出，因此取名為 lempel-ziv復(fù)雜度，記為clz。直到1987年，才由kaspar 和schuster提出了該算法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于一給定 序列，clz的求解過(guò)程如下：(3) 隨機(jī)產(chǎn)生的均值為0,方差為1的高斯噪聲。2、正常/病態(tài)嗓音實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于臨床病例，數(shù)據(jù)采集 時(shí)的環(huán)境要求在較安靜的室內(nèi)進(jìn)行；采樣頻率為16khz；時(shí) 間1.5s3s；通過(guò)讀漢語(yǔ)拼音元音'a' 6,分別取正常語(yǔ) 音數(shù)據(jù)，和患有喉科疾病的病態(tài)嗓音數(shù)據(jù)，采集后用cooledit軟件進(jìn)行語(yǔ)音分割，得到實(shí)驗(yàn)用語(yǔ)音。由表一可見(jiàn)，周期信號(hào)的clz復(fù)雜度均值幾

4、乎為0,隨機(jī)信號(hào)的復(fù)雜度均值接近于1,混沌信號(hào)的復(fù)雜度均值0.6513處于周期信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)之間，正常/病態(tài)嗓音信號(hào) 的復(fù)雜度均值遠(yuǎn)高于周期信號(hào)，比混沌信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)小， 可見(jiàn)嗓音信號(hào)具有一定的混沌和隨機(jī)特性，且病態(tài)嗓音比正 常嗓音信號(hào)復(fù)雜度高，這是由于發(fā)聲系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜性系 統(tǒng)，其發(fā)出的嗓音信號(hào)也具備一定的復(fù)雜性，當(dāng)發(fā)聲器官的某一部分發(fā)生病變，其動(dòng)力學(xué)特性改變，病態(tài)的發(fā)聲系統(tǒng)的 復(fù)雜性也會(huì)越發(fā)雜，必然會(huì)引起嗓音信號(hào)的復(fù)雜度增加，實(shí) 驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，clz復(fù)雜度可以在一定程度上描述病態(tài)嗓音信 號(hào)復(fù)雜度的這種改變。三、小結(jié)本文借鑒腦電信號(hào)與心電信號(hào)的復(fù)雜性分析方法，把描 述信號(hào)復(fù)雜度的clz復(fù)雜度

5、引入到病態(tài)嗓音信號(hào)分析中來(lái)， 得到了具備一定意義的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為病態(tài)嗓音的復(fù)雜性相關(guān) 特征提取找到新視覺(jué)。參考文獻(xiàn)：1韋崗，陸以勤，歐陽(yáng)景正.混沌、分形理論與語(yǔ)音信 號(hào)處理j.電子學(xué)報(bào),1996, 24 (1)： 34-39.2周志杰.語(yǔ)音信號(hào)的非線性特征表示j.解放軍理 工大學(xué)學(xué)報(bào)j1.2002, 3 (1).3張志琴，張佃中.腦電信號(hào)lempel-ziv復(fù)雜度分析 的預(yù)處理j.中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志2009, 9 (5).4張志琴，張佃中腦電信號(hào)lempel-ziv復(fù)雜度分析 的預(yù)處理j.中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志2009, 9 (5).5胡江和，張佃中 心電rr間期序列的近似炳與 lempel-ziv復(fù)雜度分析j.中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志，2007, 6(5) .6王修信，胡維平，王強(qiáng)等嗓音頻譜分析中/a/、/i/音采樣的比較j.聽(tīng)力學(xué)及言語(yǔ)疾病雜志，1998 (03)