基于功率谱和共振峰的母羊发声信号识别 - Ingenta Connect.PDFVIP

第 31 卷 第 24 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.24 2015 年 12 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Dec. 2015 219 基于功率谱和共振峰的母羊发声信号识别 ※ 宣传忠，武 佩 ，马彦华，张丽娜，韩 丁，刘艳秋 （内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特 010018 ） 摘 要：内蒙古及周边西部地区正在发展规模化种草设施圈养，这种养殖模式要求较高的福利化饲养水平。母羊在不同 的应激行为下会发出不同的声信号，可以通过识别母羊发声信号去评价其健康状况和福利化养殖水平。该研究以成年小 尾寒羊为例，通过无线语音数据采集卡，平均采集 80 只母羊在寻羔、饥饿和惊吓 3 种应激行为下的发声，用 Audacity 软件共分割成 1 200 句叫声信号，并用带通滤波和小波消噪进行预处理。每种应激行为下再随机选取 200 句发声信号， 共计 600 句进行 AR （auto-regressive ）功率谱估计和共振峰分析，提取第 1、2 和 3 共振峰频率和 6 个代表性的功率谱估 计频域参数：功率谱密度的平均值、几何平均值、中值、切尾平均值、平均绝对偏差值和四位分极差，同时也提取叫声 信号的最大值、持续时间和间隔时间时域参数，这些特征参数用于训练 BP （back propagation ）神经网络母羊发声信号识 别模型，剩余的 600 句发声信号用于测试模型的识别效果。结果表明：母羊在不同应激行为下的发声信号具有明显差异 的特征参数，采用共振峰参数训练的BP 网络，其对母羊发声信号的正确识别率为 85.3%，高于利用AR 功率谱估计参数 的 81.0%，当2 种参数进行组合训练 BP 网络后，其正确识别率可达93.8%，表明这种方法的识别效果更好，由于在同一 种应激行为下，不同年龄和体质量的母羊发声信号具有一定的差异性，使得系统的误识别率达到 6.2% 。 关键词：动物；功率谱；声音信号；母羊；共振峰；特征提取 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.033 中图分类号：S826；S818.5 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-24-0219-06 宣传忠，武 佩，马彦华，张丽娜，韩 丁，刘艳秋. 基于功率谱和共振峰的母羊发声信号识别[J]. 农业工程学报，2015， 31(24)：219－224. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.033 Xuan Chuanzhong, Wu Pei, Ma Yanhua, Zhang Li´na, Han Ding, Liu Yanqiu. Vocal signal recognition of ewes based on power spectrum and formant analysis method[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(24): 219 －224. (in Chinese with English abstract) doi ： 10.11975/j.issn.1002-6819.2015.24.033 可用来反馈其外部环境的变化及其生理状况的变化。在