开通博客赚积分
发布资源赚积分
分类

源码开发语言/平台
当前位置：首页 > 源码/资料 > 多媒体 > 语音合成与识别 > 查看源码
FE_basic.cpp
资源名称：speech_analysis.rar　[点击查看]
上传用户：italyroyal
上传日期：2013-05-06
资源大小：473k
文件大小：9k
源码类别：

语音合成与识别

开发平台：

Visual C++

FE_basic.cpp：源码内容
  1. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  2. // This is a part of the Feature program.
  3. // Version: 1.0
  4. // Date: February 22, 2003
  5. // Programmer: Oh-Wook Kwon
  6. // Copyright(c) 2003 Oh-Wook Kwon. All rights reserved. owkwon@ucsd.edu
  7. ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
  9. #include "StdAfx.h"
  10. #include "FE_feature.h"
  13. typedef CPolynomial<float> Polynomial;
  14. typedef Complex<float> CComplex;
  17. int Fe::fftcep_spectrum_basic(short *sample, int frameSize, float *spectrum, int fftSize, int cepFilterLen)
  18. {
  19. _fft_spectrum_basic(sample, frameSize, spectrum, fftSize, 1, cepFilterLen);
  20. return 1;
  21. }
  24. int Fe::lpc_basic(short *sample, int frameSize, float *acf, int norder, float *G)
  25. {
  26. vector<float> frameA(frameSize);
  27. preprocessing(sample, frameSize, &frameA[0]);
  28. m_window.Windowing(&frameA[0], frameSize, WIN_HAMMING);
  29. _lpc_basic(&frameA[0], frameSize, acf, norder, G);
  30. return(1);
  31. }
  34. int Fe::lpc_cov_basic(short *sample, int frameSize, float *acf, int norder, float *G)
  35. {
  36. vector<float> frameA(frameSize);
  37. for(int i=0;i<frameSize;i++) frameA[i]=sample[i];
  38. FeMatrix<float> cov(norder+1, norder+1);
  39. lpc_cov(&frameA[0], frameSize, cov, acf, norder, G);
  40. return(1);
  41. }
  44. int Fe::parcor_basic(short *sample, int frameSize, float *kcf, int norder)
  45. {
  46. float G;
  47. vector<float> acf(norder+1);
  48. vector<float> frameA(frameSize);
  49. preprocessing(sample, frameSize, &frameA[0]);
  50. m_window.Windowing(&frameA[0], frameSize, WIN_HAMMING);
  51. _lpc_parcor_basic(&frameA[0], frameSize, &acf[0], kcf, norder, &G);
  52. return(1);
  53. }
  56. int Fe::lar_basic(short *sample, int frameSize, float *lar, int norder)
  57. {
  58. float G;
  59. vector<float> acf(norder+1);
  60. vector<float> kcf(norder+1);
  61. vector<float> frameA(frameSize);
  62. preprocessing(sample, frameSize, &frameA[0]);
  63. m_window.Windowing(&frameA[0], frameSize, WIN_HAMMING);
  64. _lpc_parcor_basic(&frameA[0], frameSize, &acf[0], &kcf[0], norder, &G);
  65. lar[0] = 0;
  66. for(int i=1; i<= norder; i++){
  67. lar[i] = (float)log((1-kcf[i])/(1+kcf[i]));
  68. }
  69. return(1);
  70. }
  73. int Fe::lpc_spectrum_basic(short *sample, int frameSize, int norder, float *spectrum, int fftSize)
  74. {
  75. int i;
  76. float G;
  77. vector<float> acf(fftSize);
  78. lpc_basic(sample, frameSize, &acf[0], norder, &G);
  79. int log2fftsize = (int)(log(fftSize)/log(2)+0.5);
  80. float logGdb = (G>0 ? 20*LOG10(G) : FE_MIN_LOG_ENERGY); /* power spectrum */
  81. acf[0] = 1;
  82. /* Note that the definition of a[] is y(n) = a(1)y(n-1) + a(2)y(n-2) + ... */
  83. for(i=1;i<=norder;i++) acf[i] = -acf[i];
  85. compute_spectrum(&acf[0], spectrum, norder+1, log2fftsize);
  87. /* Note that spectrum is in the power domain. */
  88. for(i=0;i<fftSize;i++){
  89. float db=(spectrum[i]>FE_MIN_ENERGY ? 10*LOG10(spectrum[i]) : 10*LOG10(FE_MIN_ENERGY));
  90. spectrum[i] = (float)(logGdb-db);
  91. }
  93. return(1);
  94. }
  97. int Fe::lpccep_spectrum_basic(short *sample, int frameSize, int ceporder, int norder, float *spectrum, int fftSize)
  98. {
  99. int i;
  100. float G;
  101. vector<float> acf(fftSize);
  102. lpc_basic(sample, frameSize, &acf[0], norder, &G);
  103. vector<float> lpc_cep(fftSize);
  105. lpc_to_cepstrum(&acf[0], norder, &lpc_cep[0], ceporder, G);
  107. lpc_cep[0] = 0.5*lpc_cep[0]; /* we need log magnitude because fft_pow will give power spectrum */
  108. int log2fftsize = (int)(log(fftSize)/log(2)+0.5);
  109. compute_spectrum(&lpc_cep[0], spectrum, ceporder+1, log2fftsize);
  111. /* need 10/log(10) to get dB scale because lpc_cep is in the natural log scale. */
  112. float log10db=(float)(10/log(10));
  113. for(i=0;i<fftSize;i++){
  114. spectrum[i] = log10db*spectrum[i];
  115. }
  116. return(1);
  117. }
  120. int Fe::melcep_spectrum_basic(short *sample, int frameSize, int ceporder, float *spectrum, int fftSize)
  121. {
  122. int i,k;
  123. vector<float> mel_cep(ceporder+1);
  124. mel_cepstrum_basic(sample, frameSize, &mel_cep[0], ceporder, fftSize);
  125. MfccIDCT (&mel_cep[0], &m_idctMatrix[0], ceporder, m_fbOrder, spectrum);
  127. /* scale up to be consistent with other kinds of cepstrum coefficients */
  128. float g=2*fftSize/(float)m_fbOrder;
  129. for(i=0;i<m_fbOrder;i++) spectrum[i] *= g;
  131. float log10db=(float)(10/log(10));
  132. for(i=m_fbOrder;i>=1;i--){
  133. int kmin=(m_MelCenterIdx[i-1]+m_MelCenterIdx[i])/2;
  134. int kmax=(m_MelCenterIdx[i]+m_MelCenterIdx[i+1])/2;
  135. for(k=kmin;k<kmax;k++) spectrum[k]=log10db*spectrum[i-1];
  136. }
  137. {
  138. int kmax=(m_MelCenterIdx[0]+m_MelCenterIdx[1])/2;
  139. for(k=0;k<kmax;k++) spectrum[k]=spectrum[m_MelCenterIdx[1]];
  140. int kmin=(m_MelCenterIdx[m_fbOrder]+m_MelCenterIdx[m_fbOrder+1])/2;
  141. for(k=kmin;k<=fftSize/2;k++) spectrum[k]=spectrum[m_MelCenterIdx[m_fbOrder]];
  142. }
  143. return(1);
  144. }
  147. int Fe::lpc_error_basic(short *sample, int frameSize, float *acf, int norder, float* residual)
  148. {
  149. int i,n;
  150. for(n=0;n<norder && n<frameSize;n++){
  151. short si;
  152. residual[n] = sample[n];
  153. for(i=1;i<=norder;i++){
  154. si = (n-i>=0) ? sample[n-i] : 0;
  155. residual[n] -= acf[i]*si;
  156. }
  157. }
  158. for(n=norder;n<frameSize;n++){
  159. residual[n] = sample[n];
  160. for(i=1;i<=norder;i++){
  161. residual[n] -= acf[i]*sample[n-i];
  162. }
  163. }
  164. return(1);
  165. }
  168. int Fe::formant_basic(short *sample, int frameSize, float *formant, int formantN, int norder)
  169. {
  170. float G;
  171. vector<float> acf(norder+1);
  172. lpc_basic(sample, frameSize, &acf[0], norder, &G);
  173. vector<CComplex> rootsA;
  174. int nf = lpc_to_formant(&acf[0], norder, formant, formantN, rootsA);
  175. for(int i=0; i<nf; i++)
  176. formant[i] *= (m_sampleRate/(float)(2*M_PI));
  177. return(1);
  178. }
  181. /*
  182. sigma2 = r[0] - sum_{k=1}^N {a[k]*r[k]}
  183. return value = G = sqrt(sigma2)
  184. */
  185. float Fe::calc_lpc_gain_basic(float *r, float *acf, int norder)
  186. {
  187. int i;
  188. float sigma2 = r[0];
  189. for(i=1; i<=norder; i++){
  190. sigma2 -= acf[i]*r[i];
  191. }
  192. return (float)sqrt(sigma2);
  193. }
  196. int Fe::_lpc_parcor_basic(float *sample, int frameSize, float *acf, float *kcf, int norder, float *G)
  197. {
  198. int i, winSize;
  199. vector<float> r(norder+1);
  200. vector<float> rorg(norder+1);
  201. winSize = frameSize;
  202. {
  203. auto_correlation(sample, &r[0], frameSize, norder);
  205. for(i=0; i<=norder; i++) rorg[i] = r[i];
  207. /* solving the autocorrelation matrix */
  208. levins(&r[0], kcf, acf, norder);
  210. /* just for completeness */
  211. kcf[0] = 0;
  212. acf[0] = 1;
  214. /* G denotes LPC gain G */
  215. if(G) (*G) = calc_lpc_gain_basic(&rorg[0], acf, norder);
  216. }
  218. return(1);
  219. }
  222. /*
  223. H(z) = G / (1 - sum_{i=1}^N {a[i]*z^{-i}} )
  224. acf[0] = G, acf[i] = a[i], i=1,...,N
  225. */
  226. int Fe::_lpc_basic(float *sample, int frameSize, float *acf, int norder, float *G)
  227. {
  228. int i, winSize;
  229. vector<float> r(norder+1);
  230. vector<float> rorg(norder+1);
  231. vector<float> kcf(norder+1);
  232. winSize = frameSize;
  233. {
  234. auto_correlation(sample, &r[0], frameSize, norder);
  236. for(i=0; i<=norder; i++) rorg[i] = r[i];
  238. /* solving the autocorrelation matrix */
  239. levins(&r[0], &kcf[0], acf, norder);
  241. /* just for completeness */
  242. kcf[0] = 0; 
  243. acf[0] = 1;
  245. /* G denotes LPC gain G */
  246. if(G) (*G) = calc_lpc_gain_basic(&rorg[0], acf, norder);
  247. }
  249. return(1);
  250. }
  253. int Fe::_lpc_error_basic(float *sample, int frameSize, float *acf, int norder, float* residual)
  254. {
  255. int i,n;
  256. for(n=0;n<norder && n<frameSize;n++){
  257. float si;
  258. residual[n] = sample[n];
  259. for(i=1;i<=norder;i++){
  260. si = (n-i>=0) ? sample[n-i] : 0;
  261. residual[n] -= acf[i]*si;
  262. }
  263. }
  264. for(n=norder;n<frameSize;n++){
  265. residual[n] = sample[n];
  266. for(i=1;i<=norder;i++){
  267. residual[n] -= acf[i]*sample[n-i];
  268. }
  269. }
  270. return(1);
  271. }
  274. /* preprocessing */
  275. int Fe::preprocessing(short *sample, int sampleN, float *out)
  276. {
  277. for(int i=0;i<sampleN;i++) out[i]=sample[i];
  278. if (m_dither) Dither(out, sampleN);
  279. preemphasize(out, sampleN, m_emphFac);
  280. return 1;
  281. }
  284. /* energy */
  285. float Fe::compute_energy(float *sample, int sampleN, float mean)
  286. {
  287. float sum = 0;
  288. for(int i=0; i<sampleN; i++){
  289. sum += (sample[i]-mean)*(sample[i]-mean);
  290. }
  291. float v=((sampleN>0) ? sum/sampleN : (float)0);
  292. v = v+1; /* to make happy feature extraction and analysis routines */
  293. return v;
  294. }
  297. /* zero crossing rate */
  298. int Fe::compute_zero_cross_rate(float *sample, int sampleN, int level, int dc_bias)
  299. {
  300. if(sampleN<1) return 0;
  301. int zcr=0;
  302. float prev = sample[0]-dc_bias-level;
  303. for(int i=1; i<sampleN; i++) {
  304. float val  = sample[i]-dc_bias-level;
  305. float ztmp=val*prev;
  306. if(ztmp<0) zcr++;
  307. prev=val;
  308. }
  309. return zcr;
  310. }
  313. /* cepstral weighting */
  314. /* cepstral coefficients are ordered as [c0, c1, c2, ..., c12] */
  315. int Fe::cepstral_window(float *cep, int ceporder, FeLifter lifter)
  316. {
  317. int i;
  318. switch(lifter){
  319. case LIFT_NO:
  320. break;
  321. case LIFT_SIN:
  322. for (i=0; i<=ceporder; i++)
  323. cep[i] *= (float)(1. + (float)ceporder/2. * sin((M_PI*(i+1))/(float)ceporder));
  324. break;
  325. case LIFT_LINEAR:
  326. for (i=0; i<=ceporder; i++)
  327. cep[i] *= (i+1);
  328. break;
  329. case LIFT_SQRT:
  330. for (i=0; i<=ceporder; i++)
  331. cep[i] *= (float)sqrt(i+1);
  332. break;
  333. case LIFT_CUBE_ROOT:
  334. for (i=0; i<=ceporder; i++)
  335. cep[i] *= (float)pow(i+1,1/3.0);
  336. break;
  337. }
  338. return(1);
  339. }
  342. /* in-place preemphasis */
  343. int Fe::preemphasize(float *sample, int sampleN, float emphFac)
  344. {
  345. /* Setting emphFac=0 turns off preemphasis. */
  346. int i;
  347. for (i = sampleN-1; i > 0; i--) {
  348. sample[i] = sample[i] - emphFac * sample[i-1];
  349. }
  350. sample[0] = (float)(1.0 - emphFac) * sample[0];
  351. return(1);
  352. }