梅爾倒譜系數(shù)(MFCC)實(shí)現(xiàn)
本文實(shí)例為大家分享了梅爾倒譜系數(shù)實(shí)現(xiàn)代碼,供大家參考,具體內(nèi)容如下
"""
@author: zoutai
@file: mymfcc.py
@time: 2018/03/26
@description:
"""
from matplotlib.colors import BoundaryNorm
import librosa
import librosa.display
import numpy
import scipy.io.wavfile
from scipy.fftpack import dct
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
# 第一步-讀取音頻,畫出時(shí)域圖(采樣率-幅度)
sample_rate, signal = scipy.io.wavfile.read('OSR_us_000_0010_8k.wav') # File assumed to be in the same directory
signal = signal[0:int(3.5 * sample_rate)]
# plot the wave
time = np.arange(0,len(signal))*(1.0 / sample_rate)
# plt.plot(time,signal)
plt.xlabel("Time(s)")
plt.ylabel("Amplitude")
plt.title("Signal in the Time Domain ")
plt.grid('on')#標(biāo)尺,on:有,off:無。
# 第二步-預(yù)加重
# 消除高頻信號。因?yàn)楦哳l信號往往都是相似的,
# 通過前后時(shí)間相減,就可以近乎抹去高頻信號,留下低頻信號。
# 原理:y(t)=x(t)−αx(t−1)
pre_emphasis = 0.97
emphasized_signal = numpy.append(signal[0], signal[1:] - pre_emphasis * signal[:-1])
time = np.arange(0,len(emphasized_signal))*(1.0 / sample_rate)
# plt.plot(time,emphasized_signal)
# plt.xlabel("Time(s)")
# plt.ylabel("Amplitude")
# plt.title("Signal in the Time Domain after Pre-Emphasis")
# plt.grid('on')#標(biāo)尺,on:有,off:無。
# 第三步、取幀,用幀表示
frame_size = 0.025 # 幀長
frame_stride = 0.01 # 步長
# frame_length-一幀對應(yīng)的采樣數(shù), frame_step-一個(gè)步長對應(yīng)的采樣數(shù)
frame_length, frame_step = frame_size * sample_rate, frame_stride * sample_rate # Convert from seconds to samples
signal_length = len(emphasized_signal) # 總的采樣數(shù)
frame_length = int(round(frame_length))
frame_step = int(round(frame_step))
# 總幀數(shù)
num_frames = int(numpy.ceil(float(numpy.abs(signal_length - frame_length)) / frame_step)) # Make sure that we have at least 1 frame
pad_signal_length = num_frames * frame_step + frame_length
z = numpy.zeros((pad_signal_length - signal_length))
pad_signal = numpy.append(emphasized_signal, z) # Pad Signal to make sure that all frames have equal number of samples without truncating any samples from the original signal
# Construct an array by repeating A(200) the number of times given by reps(348).
# 這個(gè)寫法太妙了。目的:用矩陣來表示幀的次數(shù),348*200,348-總的幀數(shù),200-每一幀的采樣數(shù)
# 第一幀采樣為0、1、2...200;第二幀為80、81、81...280..依次類推
indices = numpy.tile(numpy.arange(0, frame_length), (num_frames, 1)) + numpy.tile(numpy.arange(0, num_frames * frame_step, frame_step), (frame_length, 1)).T
frames = pad_signal[indices.astype(numpy.int32, copy=False)] # Copy of the array indices
# frame:348*200,橫坐標(biāo)348為幀數(shù),即時(shí)間;縱坐標(biāo)200為一幀的200毫秒時(shí)間,內(nèi)部數(shù)值代表信號幅度
# plt.matshow(frames, cmap='hot')
# plt.colorbar()
# plt.figure()
# plt.pcolormesh(frames)
# 第四步、加漢明窗
# 傅里葉變換默認(rèn)操作的時(shí)間段內(nèi)前后端點(diǎn)是連續(xù)的,即整個(gè)時(shí)間段剛好是一個(gè)周期,
# 但是,顯示卻不是這樣的。所以,當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí),仍然采用FFT操作時(shí),
# 就會(huì)將單一頻率周期信號認(rèn)作成多個(gè)不同的頻率信號的疊加,而不是原始頻率,這樣就差生了頻譜泄漏問題
frames *= numpy.hamming(frame_length) # 相乘,和卷積類似
# # frames *= 0.54 - 0.46 * numpy.cos((2 * numpy.pi * n) / (frame_length - 1)) # Explicit Implementation **
# plt.pcolormesh(frames)
# 第五步-傅里葉變換頻譜和能量譜
# _raw_fft掃窗重疊,將348*200,擴(kuò)展成348*512
NFFT = 512
mag_frames = numpy.absolute(numpy.fft.rfft(frames, NFFT)) # Magnitude of the FFT
pow_frames = ((1.0 / NFFT) * ((mag_frames) ** 2)) # Power Spectrum
# plt.pcolormesh(mag_frames)
#
# plt.pcolormesh(pow_frames)
# 第六步,F(xiàn)ilter Banks濾波器組
# 公式:m=2595*log10(1+f/700);f=700(10^(m/2595)−1)
nfilt = 40 #窗的數(shù)目
low_freq_mel = 0
high_freq_mel = (2595 * numpy.log10(1 + (sample_rate / 2) / 700)) # Convert Hz to Mel
mel_points = numpy.linspace(low_freq_mel, high_freq_mel, nfilt + 2) # Equally spaced in Mel scale
hz_points = (700 * (10**(mel_points / 2595) - 1)) # Convert Mel to Hz
bin = numpy.floor((NFFT + 1) * hz_points / sample_rate)
fbank = numpy.zeros((nfilt, int(numpy.floor(NFFT / 2 + 1))))
for m in range(1, nfilt + 1):
f_m_minus = int(bin[m - 1]) # left
f_m = int(bin[m]) # center
f_m_plus = int(bin[m + 1]) # right
for k in range(f_m_minus, f_m):
fbank[m - 1, k] = (k - bin[m - 1]) / (bin[m] - bin[m - 1])
for k in range(f_m, f_m_plus):
fbank[m - 1, k] = (bin[m + 1] - k) / (bin[m + 1] - bin[m])
filter_banks = numpy.dot(pow_frames, fbank.T)
filter_banks = numpy.where(filter_banks == 0, numpy.finfo(float).eps, filter_banks) # Numerical Stability
filter_banks = 20 * numpy.log10(filter_banks) # dB;348*26
# plt.subplot(111)
# plt.pcolormesh(filter_banks.T)
# plt.grid('on')
# plt.ylabel('Frequency [Hz]')
# plt.xlabel('Time [sec]')
# plt.show()
#
# 第七步,梅爾頻譜倒譜系數(shù)-MFCCs
num_ceps = 12 #取12個(gè)系數(shù)
cep_lifter=22 #倒譜的升個(gè)數(shù)??
mfcc = dct(filter_banks, type=2, axis=1, norm='ortho')[:, 1 : (num_ceps + 1)] # Keep 2-13
(nframes, ncoeff) = mfcc.shape
n = numpy.arange(ncoeff)
lift = 1 + (cep_lifter / 2) * numpy.sin(numpy.pi * n / cep_lifter)
mfcc *= lift #*
# plt.pcolormesh(mfcc.T)
# plt.ylabel('Frequency [Hz]')
# plt.xlabel('Time [sec]')
# 第八步,均值化優(yōu)化
# to balance the spectrum and improve the Signal-to-Noise (SNR), we can simply subtract the mean of each coefficient from all frames.
filter_banks -= (numpy.mean(filter_banks, axis=0) + 1e-8)
mfcc -= (numpy.mean(mfcc, axis=0) + 1e-8)
# plt.subplot(111)
# plt.pcolormesh(mfcc.T)
# plt.ylabel('Frequency [Hz]')
# plt.xlabel('Time [sec]')
# plt.show()
# 直接頻譜分析
# plot the wave
# plt.specgram(signal,Fs = sample_rate, scale_by_freq = True, sides = 'default')
# plt.ylabel('Frequency(Hz)')
# plt.xlabel('Time(s)')
# plt.show()
plt.figure(figsize=(10, 4))
mfccs = librosa.feature.melspectrogram(signal,sr=8000,n_fft=512,n_mels=40)
librosa.display.specshow(mfccs, x_axis='time')
plt.colorbar()
plt.title('MFCC')
plt.tight_layout()
plt.show()
以上就是本文的全部內(nèi)容,希望對大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
相關(guān)文章
詳解Python設(shè)計(jì)模式編程中觀察者模式與策略模式的運(yùn)用
這篇文章主要介紹了Python設(shè)計(jì)模式編程中觀察者模式與策略模式的運(yùn)用,觀察者模式和策略模式都可以歸類為結(jié)構(gòu)型的設(shè)計(jì)模式,需要的朋友可以參考下2016-03-03
python網(wǎng)絡(luò)編程之多線程同時(shí)接受和發(fā)送
這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了python網(wǎng)絡(luò)編程之多線程同時(shí)接受和發(fā)送,文中示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下2019-09-09
Python中__new__和__init__的區(qū)別與聯(lián)系
這篇文章主要介紹了Python中__new__和__init__的區(qū)別與聯(lián)系,需要的朋友可以參考下2021-05-05
基于python的圖片修復(fù)程序(實(shí)現(xiàn)水印去除)
這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于python圖片修復(fù)程序的相關(guān)資料,可以用于實(shí)現(xiàn)圖片中水印去除,主要利用的是OpenCV這個(gè)框架實(shí)現(xiàn)的,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考借鑒,下面來一起看看吧2018-06-06
python實(shí)現(xiàn)將漢字保存成文本的方法
今天小編就為大家分享一篇python實(shí)現(xiàn)將漢字保存成文本的方法,具有很好的參考價(jià)值,希望對大家有所幫助。一起跟隨小編過來看看吧2018-11-11
Opencv圖像添加椒鹽噪聲、高斯濾波去除噪聲原理以及手寫Python代碼實(shí)現(xiàn)方法
椒鹽噪聲的特征非常明顯,為圖像上有黑色和白色的點(diǎn),下面這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于Opencv圖像添加椒鹽噪聲、高斯濾波去除噪聲原理以及手寫Python代碼實(shí)現(xiàn)的相關(guān)資料,文中通過實(shí)例代碼介紹的非常詳細(xì),需要的朋友可以參考下2022-09-09
詳解pytest+Allure搭建方法以及生成報(bào)告常用操作
本文主要介紹了詳解pytest+Allure搭建方法以及生成報(bào)告常用操作,文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì),具有一定的參考價(jià)值,感興趣的小伙伴們可以參考一下2021-09-09
Python動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類實(shí)例詳解
這篇文章主要為大家介紹了Python動(dòng)態(tài)創(chuàng)建類實(shí)例詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪2023-12-12

