病態(tài)嗓音信號復雜度探究

1、病態(tài)嗓音信號復雜度探究【摘要】基于發(fā)聲系統(tǒng)本身是一個非穩(wěn)定非線性 的系統(tǒng)，因而嗓音信號具有非線性特點出發(fā)，為研究病態(tài)嗓 音的復雜度，本文以三種典型信號：周期信號、混沌信號、 隨機信號，和正常嗓音信號做對比。實驗證明：嗓音信號比 周期信號信號復雜，具有一定的混沌和隨機特性，且病態(tài)嗓 音比正常嗓音信號復雜度高?！娟P鍵詞】病態(tài)嗓音；clz復雜度；典型信號引言人體發(fā)音器官器官組成：呼吸器官（包括肺，橫隔膜和 腹肌）屬于動力部分，喉部聲帶屬于振動部分，口腔，咽腔 和鼻腔屬于共鳴部分?？梢娚ひ粜盘栍梢粋€相對復雜的非穩(wěn) 定非線性系統(tǒng)發(fā)出，因此嗓音信號具有非平穩(wěn)，非線性的特 點，并在一定程度上具有混沌特性1.

2、2。也就是說嗓音信 號具備一定的復雜性。當發(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，把信號復雜度研究方法引入 到病態(tài)嗓音的研究領域，為病態(tài)嗓音的復雜性相關特征提取 找到一些出口。這將對促進嗓音病變實現(xiàn)無痛，無接觸檢查 方法的研究具有一定的重要意義。本文采用常見描述生理信 號復雜度的lempel-ziv復雜度3,以三種典型信號：周期 信號，混沌信號，隨機信號做對比，研究病態(tài)嗓音的復雜度。隨著人們對非線性方法的分析越加深入，發(fā)現(xiàn)很多生物醫(yī)學信號如腦電信號、心電信號和嗓音信號是非線性不平穩(wěn)，lz復雜度是一種表征時間序列里出現(xiàn)新模式的速率的方法算法,應用于腦電信號、心電信號取得了較好

3、的效果4 5 o這個方法最先由lempel和ziv提出，因此取名為 lempel-ziv復雜度，記為clz。直到1987年，才由kaspar 和schuster提出了該算法的計算機實現(xiàn)方法。對于一給定 序列，clz的求解過程如下：(3) 隨機產生的均值為0,方差為1的高斯噪聲。2、正常/病態(tài)嗓音實驗數(shù)據(jù)來源于臨床病例，數(shù)據(jù)采集 時的環(huán)境要求在較安靜的室內進行；采樣頻率為16khz；時 間1.5s3s；通過讀漢語拼音元音'a' 6,分別取正常語 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軟件進行語音分割，得到實驗用語音。由表一可見，周期信號的clz復雜度均值幾

4、乎為0,隨機信號的復雜度均值接近于1,混沌信號的復雜度均值0.6513處于周期信號與隨機信號之間，正常/病態(tài)嗓音信號 的復雜度均值遠高于周期信號，比混沌信號與隨機信號小， 可見嗓音信號具有一定的混沌和隨機特性，且病態(tài)嗓音比正 常嗓音信號復雜度高，這是由于發(fā)聲系統(tǒng)作為一個復雜性系 統(tǒng)，其發(fā)出的嗓音信號也具備一定的復雜性，當發(fā)聲器官的某一部分發(fā)生病變，其動力學特性改變，病態(tài)的發(fā)聲系統(tǒng)的 復雜性也會越發(fā)雜，必然會引起嗓音信號的復雜度增加，實 驗結果可見，clz復雜度可以在一定程度上描述病態(tài)嗓音信 號復雜度的這種改變。三、小結本文借鑒腦電信號與心電信號的復雜性分析方法，把描 述信號復雜度的clz復雜度

5、引入到病態(tài)嗓音信號分析中來， 得到了具備一定意義的實驗結果，為病態(tài)嗓音的復雜性相關 特征提取找到新視覺。參考文獻：1韋崗，陸以勤，歐陽景正.混沌、分形理論與語音信 號處理j.電子學報,1996, 24 (1)： 34-39.2周志杰.語音信號的非線性特征表示j.解放軍理 工大學學報j1.2002, 3 (1).3張志琴，張佃中.腦電信號lempel-ziv復雜度分析 的預處理j.中國醫(yī)學物理學雜志2009, 9 (5).4張志琴，張佃中腦電信號lempel-ziv復雜度分析 的預處理j.中國醫(yī)學物理學雜志2009, 9 (5).5胡江和，張佃中 心電rr間期序列的近似炳與 lempel-ziv復雜度分析j.中國醫(yī)學物理學雜志，2007, 6(5) .6王修信，胡維平，王強等嗓音頻譜分析中/a/、/i/音采樣的比較j.聽力學及言語疾病雜志，1998 (03)