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《中国科学技术大学》 2007年
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基于语音信号的情感识别研究

金学成  
【摘要】: 语音是人类交流的重要手段,是相互传递信息的最方便、最基本和最直接的途径。语音信号在传达语义信息的同时,还传递着情感信息,而情感在人们生活和交流中起着重要的角色。因此,随着人机交互技术的快速发展,语音信号中的情感信息正越来越受到研究人员的重视。作为语音信号情感信息处理的一个重要研究方向,语音情感识别是计算机理解人类情感的关键,是实现智能化人机交互的前提。但是,目前对于人类情感的研究还处于一个探索阶段,对情感的定义与表示至今没有一个统一的认识。加之情感具有较强的社会性和文化性,以及语音信号本身的复杂性,这些因素使得语音情感识别的研究面临着重重困难。应该说语音情感识别的研究还处于一个起步阶段,对于情感语音库、情感特征以及情感建模与识别方法等诸多方面的研究还有待深入。 本文以建立不依赖于话者和文本内容的语音情感识别系统为目标,对情感语音数据库、语音声学特征参数提取、情感特征分析与选取、情感维度空间、语音情感建模与识别等问题进行了深入探讨与研究。在对大量情感语料进行分析的基础上,提出了两种语音情感建模方法,为语音情感识别提供了一个理论和技术上的框架,为实现自然的人机交互奠定了一定的基础。借助于这两种情感模型,本文开发了两种语音情感识别算法,构建了不依赖于话者和文本内容的汉语语音情感识别系统。 本文的创新点和主要贡献如下: (1)从语音情感特征提取的需求出发,提出了一种基于修正倒谱和动态规划技术的基频估计算法。该算法根据倒谱、短时能量和短时过零率在清音段和浊音段的不同表现,构造了一个清浊音判决函数,据此可简化清浊音判决过程,并大大提高清浊音判决精度。为了得到合乎实际的、具有平滑轨迹的基频估计,利用动态规划技术进行基频跟踪。由于充分考虑了基频连续性的影响,该算法能够有效地避免倍频和半频错误,具有准确率高、基频轨迹平滑等优点。 (2)对韵律和声道共振峰等语音声学特征与情感状态之间的关系进行了深入细致的定性/定量分析,得出了一些具有重要指导意义的结论。通过分析发现,短时能量虽然对于区分情感状态有一定的帮助,但存在明显不足;但是信号能量在不同频段上的分布对于区分情感状态具有重要意义,其中,250Hz以下能量占全部能量的比例是区分情感状态的一个重要特征。本文还对基频轮廓及基频轨迹导数等特征与情感状态之间的关系进行了分析。在分析过程中我们发现,男性和女性在语音情感特征参数的分布上存在着较大的差异。据此本文提出了一种以基频均值、范围和方差为特征、采用Fisher线性判别函数的性别判别方法。实验结果表明,通过训练,该方法可取得非常高的正确判别率。 (3)提出了一个三维情感空间模型构想,通过听辨实验确定了几种基本情感在情感空间中的位置,并定量分析了语音信号的韵律特征和音质特征与不同情感维度之间的相关性。 (4)从情感建模的角度出发,根据情感具有连续性和离散性的双重特点,将数据场的概念引入情感建模,提出了情感场和情感势的概念,并对势函数的计算方法提出了改进措施。通过势函数寻优确定各类基本情感中心在情感空间中的位置,从而把情感空间中任何一点的情感看成是由几种基本情感复合而成,每种基本情感对该点的贡献由基本情感中心在该点处的情感势决定,情感势的大小决定了该点处情感属于某种基本情感的程度。本文基于这一思想开发了一种基于情感场的汉语语音情感识别方法,获得了优于传统语音情感识别方法的识别率。 (5)根据语音韵律特征与情感唤醒度、音质特征与愉悦度之间的相关性,提出了一种基于情感维度的情感建模方法。该方法利用韵律特征和音质特征分别为每种情感构建唤醒度和愉悦度概率模型,然后将每个情感语音样本在12个维度模型上的概率输出作为特征训练情感类别模型。本文利用高斯混合模型(Gaussian Mixture Model,GMM)构建情感维度模型,并提出了一种基于对训练样本进行聚类分析的GMM初始参数估计方法。在最后识别时,选用了支持向量机(Surport Vecter Machine,SVM)来构造六类情感类别识别器。根据该情感维度模型,本文进行了汉语语音情感识别的相关实验,获得了优于情感场方法的识别率。 作为一种新的尝试,本文提出的两种语音情感建模方法具有一定的理论依据和较好的实用效果,为今后的语音情感建模与识别研究奠定了良好的基础。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TN912.34

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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5 李嘉;黄程韦;余华;;语音情感的维度特征提取与识别[J];数据采集与处理;2012年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 丁琦;数字音频篡改检测与隐写分析技术研究[D];解放军信息工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈琪;基于RBF的语音情感识别方法研究[D];长沙理工大学;2010年
2 何亮;基于神经网络的语音情感识别[D];温州大学;2011年
3 刘艳;普通话的情感语音韵律分析[D];南京师范大学;2011年
4 李青;基于语音信号的情绪识别研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 赵双全;多特征结合的语音情感识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 张密霞;基于多重分形的语音情感识别研究[D];长沙理工大学;2011年
7 龚希龄;语音情感识别的特征选择与特征产生[D];长沙理工大学;2011年
8 顾鸿虹;基于高斯混合模型的语音情感识别研究与实现[D];天津师范大学;2009年
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10 蒋德育;基于小波(包)变换的心电信号特征提取方法研究[D];西南大学;2009年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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7 行小帅,焦李成;数据挖掘的聚类方法[J];电路与系统学报;2003年01期
8 王治平,赵力,邹采荣;利用模糊熵进行参数有效性分析的语音情感识别[J];电路与系统学报;2003年03期
9 余伶俐;蔡自兴;陈明义;;语音信号的情感特征分析与识别研究综述[J];电路与系统学报;2007年04期
10 彭柏;许刚;;利用改进的LF模型进行语音嗓音源合成[J];电声技术;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张立华;杨莹春;;情感语音变化规律的实验分析研究初步[A];第九届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2007年
2 韩文静;李海峰;韩纪庆;;基于长短时特征融合的语音情感识别方法研究[A];第九届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2007年
3 薛竞腾;赵力;;语音信号中的情感特征识别[A];2007’促进西部发展声学学术交流会论文集[C];2007年
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5 卓群;欧贵文;;基于模糊高斯混合模型的说话人识别算法的一些改进[A];第六届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2001年
6 王治平;何良华;赵力;邹采荣;;语音信号中情感特征的分析和识别[A];第一届中国情感计算及智能交互学术会议论文集[C];2003年
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8 杨莹春;雷震春;吴朝晖;;基于情感补偿的活体声纹识别框架研究[A];第一届中国情感计算及智能交互学术会议论文集[C];2003年
9 蒋丹宁;蔡莲红;;基于韵律特征的汉语情感语音分类[A];第一届中国情感计算及智能交互学术会议论文集[C];2003年
10 朱枝琳;;基于模糊聚类的城市功能区划分研究[A];2006年浙江省测绘学会工程测量专业委员会论文评审和讨论工程测量发展趋势会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐红林;基因调控网络的建模及其结构分解方法研究[D];江南大学;2010年
2 单振宇;情感说话人识别及其解决方法的研究[D];浙江大学;2010年
3 朱佳俊;不确定可拓群决策优化方法及应用[D];东华大学;2010年
4 季玲;情感、身份确认与社会身份的再生产[D];外交学院;2011年
5 覃事娅;耕地储备理论及实证分析[D];中南大学;2011年
6 丁男;基于WSN的实时动态交通流数据获取相关技术研究[D];大连理工大学;2011年
7 马守明;基于WSN的普适计算情景感知关键技术研究[D];南京邮电大学;2011年
8 黄挺;情感说话人识别中的基频失配及其补偿方法研究[D];浙江大学;2011年
9 许世刚;计算智能及其在水利水电工程中的应用[D];河海大学;2001年
10 李杰;基于模糊技术的制造单元构建方法及其在变压器企业中的应用[D];河北工业大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 岳海亮;信息论在粗糙集连续属性离散化中的应用[D];辽宁师范大学;2010年
2 王林吉;基于CIELAB均匀颜色空间和聚类算法的混纺测色研究[D];浙江理工大学;2010年
3 王文姝;基于模糊理论的关键词识别算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陈琪;基于RBF的语音情感识别方法研究[D];长沙理工大学;2010年
5 孙洋;基于免疫遗传算法和粒子群算法的聚类研究[D];长沙理工大学;2010年
6 刘坤朋;数据挖掘中聚类算法的研究[D];长沙理工大学;2010年
7 孙莉莉;基于FCM的图像分割算法研究[D];广西民族大学;2010年
8 刘旺;感潮河网调水特性的数值模拟及数据挖掘研究[D];浙江大学;2011年
9 甘海涛;有监督的模糊聚类算法研究[D];武汉工业学院;2010年
10 丁茜;高速公路网交通量观测站布设研究[D];武汉理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王志良;人工心理学──关于更接近人脑工作模式的科学[J];北京科技大学学报;2000年05期
2 王玉洁,王志良,陈锋军,王国江,王玉锋;基于隐马尔可夫模型的情感建模[J];北京农学院学报;2005年01期
3 何克抗;e-Learning的本质——信息技术与学科课程的整合[J];电化教育研究;2002年01期
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5 王治平,赵力,邹采荣;利用模糊熵进行参数有效性分析的语音情感识别[J];电路与系统学报;2003年03期
6 王伟凝,余英林;图像的情感语义研究进展[J];电路与系统学报;2003年05期
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9 余伶俐;蔡自兴;陈明义;;语音信号的情感特征分析与识别研究综述[J];电路与系统学报;2007年04期
10 张石清;赵知劲;雷必成;杨广映;;结合音质特征和韵律特征的语音情感识别[J];电路与系统学报;2009年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 蒋丹宁;蔡莲红;;基于韵律特征的汉语情感语音分类[A];第一届中国情感计算及智能交互学术会议论文集[C];2003年
2 那斯尔江·吐尔逊;吾守尔·斯拉木;麦麦提艾力;;维吾尔语大词汇量连续语音识别研究——语音语料库的建立[A];民族语言文字信息技术研究——第十一届全国民族语言文字信息学术研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马鸿飞;低速率高保真音频编码算法研究[D];西安电子科技大学;1998年
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3 谢波;普通话语音情感识别关键技术研究[D];浙江大学;2006年
4 刘涛;音乐情感认知模型与交互技术研究[D];浙江大学;2006年
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7 张盛;汉语语音情绪识别[D];中国科学技术大学;2007年
8 胡礼才;数字语音和高保真音频信号中的安全密写[D];上海大学;2007年
9 尤鸣宇;语音情感识别的关键技术研究[D];浙江大学;2007年
10 陈铭;隐写与隐写分析算法及实践研究[D];北京邮电大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王青;基于神经网络的汉语语音情感识别的研究[D];浙江大学;2004年
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4 郭春宇;语音情感识别技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 张一鸣;人脸表情识别[D];大连理工大学;2006年
6 郭鹏娟;语音情感特征提取方法和情感识别研究[D];西北工业大学;2007年
7 翟俊杰;基于动力学的人工情感模型研究[D];北京邮电大学;2007年
8 陈迪;语音参数提取算法研究及系统实现[D];重庆大学;2007年
9 孙黉杰;语音情感计算的研究及应用[D];浙江工业大学;2007年
10 何天成;基于多权值神经网络的语音情感识别的研究[D];浙江工业大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 张石清;李乐民;赵知劲;;基于一种改进的监督流形学习算法的语音情感识别[J];电子与信息学报;2010年11期
2 黄程韦;赵艳;金赟;于寅骅;赵力;;实用语音情感的特征分析与识别的研究[J];电子与信息学报;2011年01期
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4 余伶俐;周开军;邱爱兵;;基于Elman神经网络的语音情感识别应用研究[J];计算机应用研究;2012年05期
5 潘平;罗辉;李换双;;基于混沌校验的录音资料真实性检测方法[J];计算机仿真;2012年10期
6 余华;黄程韦;金赟;赵力;;基于粒子群优化神经网络的语音情感识别[J];数据采集与处理;2011年01期
7 黄程韦;金赟;赵艳;于寅骅;赵力;;实用语音情感数据库的设计与研究[J];声学技术;2010年04期
8 张潇丹;胡峰;赵力;;基于改进的蛙跳算法与支持向量机的实用语音情感识别[J];信号处理;2011年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 宋蓝天;基于时频特征的ECG信号识别研究[D];江南大学;2011年
2 刘鑫;宽带音频的非线性频带展宽技术[D];北京工业大学;2011年
3 赵双全;多特征结合的语音情感识别方法研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 王昌喜;基于加速度信息的上肢动作识别系统设计及动作质量评价方法的研究[D];中国科学技术大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
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6 赵力,钱向民,邹采荣,吴镇扬;语音信号中的情感识别研究[J];软件学报;2001年07期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 裴继红;基于模糊信息处理的图像分割方法研究[D];西安电子科技大学;1998年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 易卿;;网络在线教育中情感模型的设计[J];计算技术与自动化;2011年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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4 李海芳;郭尚波;庞娜;王和平;;一种基于强度的情感模型[A];第三届和谐人机环境联合学术会议(HHME2007)论文集[C];2007年
5 刘琳;王慧芳;;基于情感语义的图像检索系统模型[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年
6 韩文静;李海峰;韩纪庆;;基于长短时特征融合的语音情感识别方法研究[A];第九届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2007年
7 李振龙;王晓霞;;信号控制的交叉口处驾驶员的情感建模[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第三分册)[C];2009年
8 夏凡;王宏;;多模态情感数据标注方法与实现[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
9 解迎刚;王志良;程宁;王国江;永井正武;;人脸与眼部检测及其在情感识别中的应用[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
10 杨桃香;杨鉴;毕福昆;;基于模糊聚类的语音情感识别[A];第三届和谐人机环境联合学术会议(HHME2007)论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 傅小兰;人机交互中的情感计算[N];计算机世界;2004年
2 北京航空航天大学电子信息工程学院 毛峡 李峥;情感计算能实现吗[N];科技日报;2011年
3 中科院自动化所 陶建华 谭铁牛;让计算机更善解人意[N];计算机世界;2005年
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6 本报记者 李大庆;计算机到底会不会有情感[N];科技日报;2005年
7 傅小兰;情感计算与人机交互的情感特征[N];中国社会科学院报;2009年
8 蔡莲红 张迎辉;让人机交互更和谐[N];计算机世界;2007年
9 主持人:本报记者 操秀英;计算机怎样读懂人类情感[N];科技日报;2011年
10 中科院自动化所 陶建华;听话要听音[N];计算机世界;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金学成;基于语音信号的情感识别研究[D];中国科学技术大学;2007年
2 杨国亮;人工心理相关技术研究[D];北京科技大学;2006年
3 杨国亮;人工心理相关技术研究—面部表情识别与情感建模[D];北京科技大学;2006年
4 李太华;情感教学agent:建模与反馈策略研究[D];西南大学;2008年
5 王国江;人机情感交互的方法与技术研究[D];北京科技大学;2007年
6 苏庄銮;情感语音合成[D];中国科学技术大学;2006年
7 刘伟锋;人脸表情识别研究[D];中国科学技术大学;2007年
8 尤鸣宇;语音情感识别的关键技术研究[D];浙江大学;2007年
9 谢波;普通话语音情感识别关键技术研究[D];浙江大学;2006年
10 黄云峰;车间调度和谐范式与多智能体系统情智集成的研究[D];重庆大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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2 孙凤芳;汽车普适计算中情感计算模型的初步研究[D];吉林大学;2011年
3 谢环;基于特征选择与融合的语音情感识别研究与实现[D];南京航空航天大学;2008年
4 汪慧;多语种语音情感识别的研究与实现[D];华侨大学;2008年
5 冯玉爽;基于视觉的情感推理研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
6 徐超;基于面部表情的情感计算建模系统[D];天津大学;2010年
7 何彬;虚拟教学中基于表情计算的情感交互算法研究[D];华中师范大学;2008年
8 董静;基于HMM的情感模型及在心理咨询专家系统中的应用研究[D];首都师范大学;2009年
9 谢丽君;基于HMM的家庭服务机器人情感计算模型研究[D];华南理工大学;2011年
10 王小佳;基于特征选择的语音情感识别研究[D];江苏大学;2007年
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