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MATLAB 音訊處理入門 - 專屬語音助理
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Jarvus Chen

MATLAB 音訊處理入門 - 專屬語音助理

給程式初心者的實作課程,從無到有,學用MATLAB製作聲控遊戲!只要掌握這門課的內容,就能移植至任意平台實現。
Hahow AI 學習升級
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4.9
(15)

關於課程

課程包含

包含 4 章 26 單元、3 項作業

課程時長

7 時 50 分鐘

課程總人數

149 位同學

觀看限制

不限觀看次數,還會附贈完課證書

學習升級

Hahow AI 學習助教
無需額外付費
即時問答、重點整理、測驗理解,讓知識派上用場

最新消息

課程內容

過去五年,觸控改變生活。

未來五年,聲控將改變世界!

聲控您的電腦關機,不再是難事。 

標題「為什麼要學音訊處理?」以白色與黃色文字呈現,搭配深色星空背景與左側儀表盤圖像。

傳統人類與機器的溝通方式都為「直接接觸」,各式各樣的家電、電子器材上都充滿著按鍵供使用者操作。接著,觸控螢幕的誕生,讓功能更多元化,所有的儀器上都是由觸控螢幕包辦了資訊的顯示及功能的選擇。

四組「直接」與「觸控」操作介面比較,涵蓋運動手錶、遙控器與手機等裝置,呈現實體按鍵、旋鈕和觸控螢幕的不同設計。

然而,近年來「自然互動(Natural Interaction)」成為人機間最新的溝通橋梁,透過聲音、感觀、運動、手勢和生理訊號等,更直接且快速的傳達訊息給機器,產生了不一樣的可能。

互動控制裝置發展時間軸:2006 年 Wii/運動、2010 年 Kinect/運動、2013 年 Leap Motion/運動,以及 2014 年 Nod Ring/手勢,最右側以 NOW? 標示未來趨勢。

2016年,美國亞馬遜發行的「Amazon Echo」銷售量已超過650萬台。

Amazon Echo 是智慧語音助理,使用者只要通過簡單的語音指令,就能播放音樂、查詢信息,甚至控制各種智能家居設備。除了亞馬遜,Google 及 Apple 也先後發表自家的智慧助理,這代表聲控即將成為未來科技發展的重點,而其中精髓必然就是「音訊處理」。

智慧音箱發展時間軸:2016 年推出的 Amazon Echo Dot 與 Google Home,以及 2017 年推出的 Apple Homepod,並以「聲音」作為各產品標示。

「課程架構與介紹」段落標題,搭配深色星空與科技感圓形線稿背景,作為課程內容說明的視覺裝飾。

課程將分為以下六大種類,共16單元:

「MATLAB音訊處理入門」專屬語音助理課程,內容分為前言、基礎、MATLAB、進階與作業,並以「聲控遊戲」作為實作主題。

(如果以下內容有看不懂的專有名詞,老師在課程中都會有詳細說明唷!)

 一、前言

  • 課程概述
  • 認識音訊

首先,先介紹聲音如何轉換成電腦看得懂的數位訊號、儲存成 WAV 格式時,標頭檔中取樣頻率和儲存位元等參數代表的意義。接著大家都知道聲音的特徵分為:響度、音高及音色,然而這些特徵對應到數位訊號中,更具體的數值意義為何,這些基本音訊知識都將在此單元一一介紹。

二、MATLAB

  • 如何使用 MATLAB 撰寫程式
  • 如何使用使用圖形使用者介面(GUI)

瞭解完音訊的組成後,我將帶大家實作於 MATLAB。MATLAB 常被用於開發演算法,因其擅長於矩陣計算、資料視覺化及各式數值運算,是款相當高階的程式語言(意思是很聰明、很方便),此課程會先帶大家熟悉它的程式命令,如基本變數、矩陣、迴圈和判斷式的使用方法,故沒操作過的人也能輕易上手。

MATLAB 另一項特點是「圖形使用者介面(GUI)」,透過更直接的互動環境,操作並實現演算法。此課程會解說 GUI 常用的功能,如按鈕、圖像顯示和資料傳遞等,並特別以製作遊戲的角度進行編排。

三、基礎

  • 讀取與顯示
  • 音框化與視窗化
  • 特徵擷取
  • 語音活動偵測
  • 即時運算

從此章開始,每個單元都會介紹音訊處理的基本原則,無論是想實現「語音辨識(Speech recognition)」或「語者辨識(Speaker recognition)」,都需要經過這些步驟。

接著,基於這些原則實作於程式上,我會將兩者互相輔助並講解其關聯。在「讀取與顯示」,先讓大家試著使用 MATLAB 讀取任意音訊,從時域圖和頻域圖中,找到用肉眼就能看到的特性。由於音訊的變化非常快速,我們要利用「音框化與視窗化」處理,藉由極短時距下,特性會趨於一致的原理「擷取特徵」。

在「語音活動偵測」單元中,會利用擷取出來的特徵值們,教大家判定是否有人在說話。最後,瞭解完離線處理的過程,進而利用計時器(Timer),將音訊處理應用在「即時運算」。

四、進階

  • 語者字詞辨識
  • 建立個人語音資料庫

此章節用到的演算法為:梅爾頻率倒譜系數(Mel-Frequency Cepstral Coefficients, MFCC)和 向量量化(Vector quantisation, VQ)。

MFCC 是將語音數位訊號轉換到人耳對於頻率的真實感受程度,藉由更符合人耳聽覺系統的特徵,執行 VQ 重新壓縮編碼。利用建立完成的資料庫,可以用來比對之後的輸入音訊是否符合先前建立的關鍵字。

語者字詞辨識 = 特定人 + 特定指令詞

只能用於辨識簡短指令詞,並非整段話。

五、實作專題:聲控遊戲

  • 啊啊賈維斯
  • 用喊的OOXX

透過聲控遊戲,讓學習音訊處理更加有趣,藉此理解語音助理的基礎模型。

ㄚㄚㄚ~實現最夯的聲控遊戲!

模仿知名手遊八分音符醬,教你如何透過音量大小讓角色跳躍!

八分音符醬曾是App Store免費榜冠亞軍、Google Play累積下載超過一百萬次

(由於地圖是隨機產生,我40秒的時候差點斷氣......)

不用手也能玩圈圈叉叉,自動辨別誰講的!

語者字詞辨識的簡單應用,只要先建立兩使用者的指令資料庫(一、二、三......九,兩人各講一遍即可),遊戲就能進行囉!

系統可以自動辨別是誰講的什麼字,同樣的技術也能用在門禁系統等需要個人聲紋識別的應用。

六、作業

  • 終極密碼
  • 啊啊賈維斯二代
  • 用喊的五子棋

跟著我完成「實作專題:聲控遊戲」後,我會設計進階版的要求給各位當作練習唷!

頁面段落標題為「授課方式」,白色粗體文字置於深色星空背景上,左側搭配科幻風格的圓形儀表盤圖像。

課程學習流程分為三個步驟:1 解釋原理、2 使用函式、3 瞭解程式,依序建立對程式內容的理解。

課程內容全都會以上方三個步驟進行編排。

  1. 解釋該單元的原理與處理流程圖
  2. 教導如何使用講師的函式,如輸入什麼參數就能得到什麼結果
  3. 逐步瞭解程式細節,一行一行解釋其作法和理論的關聯性

不喜歡理論的人

大致瀏覽第一步 → 仔細觀看第二步 → 略過第三步

這樣就足以使用功能,但如果不了解程式過程,很難自行修改細節喔!

這門課不教「人工智慧」

這是入門課程,最終只會教到「語者字詞辨識」,並未涵蓋「人工智慧」。

語者字詞辨識 = 特定人 + 特定指令詞

需要先建立資料庫,再進行特徵擷取和分類演算法,以達到識別能力,即為銀行常用的聲紋分析。

人工智慧 = 自主學習 + 自主思考

就像圍棋程式 AlphaGo,能夠在對弈過程中不斷進步、iPhone Siri 可以理解毫無文法規則的語句,照樣回答你。這些都是人工智慧的應用,而這門課無法教你怎麼讓電腦自己做出回應。

這門課與市面上「語音轉文字」套件模組的差別

中文的語音轉文字(Text-to-Speech)服務常被應用於以下場景:

  • Android app 開發
  • Arduino 擴充硬體套件
  • Python 語音辨識 (可能搭配 Raspberry Pi )

提供 library 的廠商多為國際軟體大廠,你只能輸入聲音並得到文字,或是給定想要辨識的字詞拼音,由擴充硬體回應輸入是否符合,這些都僅是功能的實現,也就是讓你能夠「做出什麼(What)」。

我在 Hahow 開設的這門課,將解釋音訊處理的「原理」和「做法」,除了讓你可以做出簡單成果外,也教你「如何做出(How)」這些功能。好處是懂了內容就能靠自己修改到更好,其中的任何知識都足以做為研究題目的基礎、延伸或應用。

「講師介紹」段落標題,搭配深色星空與星體背景,左側呈現科幻感圓形機械介面裝飾。

資料科學家 Jarvus,獲《哈佛商業評論》譽為「21世紀最性感職業」,並成立「賈維斯的智慧工坊」,以 AI 解決企業難題,專長涵蓋人工智慧、數據分析與音訊處理。

Jarvus 擔任科技公司的 AI工程師,擅長人工智慧、數據分析、音訊處理、影像處理、最佳化等相關領域。經營「賈維斯的智慧工坊」部落格(粉絲頁),認為人工智慧將會改變人類的生活方式。曾開發多項「軟體即服務」(SaaS),使用人數超過千人。

曾在 Hahow 開設「MATLAB 音訊處理入門」線上課程,獲得滿分好評;同時也是 T客邦「音訊處理與Azure語音辨識」的課程講師。實戰經驗豐富,做過股票分析、運彩分析、仔豬聲、心跳聲、打擊聲音辨識與馬達異常檢測等,並與上市公司、牙醫診所合作開發多種辨識系統。

哪些人適合這堂課?
對聲控、音訊處理有興趣者
你可以學到
1、學會 MATLAB 與 GUI 的使用方式 2、透過音訊處理,即時辨識出任何關鍵字 3、聲控遊戲(啊啊賈維斯、用喊的OOXX) 4、只要掌握這門課的內容,就能移植至任意平台實現 ( Java, Python, Android... )
上課前的準備
需要準備的工具 / 軟體(若購買課程前不清楚版本是否支援,請先留言與老師確認。)
1、MATLAB 2011b 以上(官網有提供最新版本可供試用) 2、麥克風(筆電內建、手機耳麥或外接型都可以)
需要具備的背景知識
1、曾編寫過任意程式語言,瞭解矩陣、迴圈和判斷式 2、「不需要」具備任何跟音訊處理有關的知識!!!
單元一覽
4 章 26 單元|總時長 470 分鐘
全部展開
1
前言
影片單元
單元 1 - 【前言 1】課程概述
05:46
影片單元
單元 2 - 【前言 2】音訊處理的應用
05:38
影片單元
單元 3 - 【前言 3】開始認識音訊
18:17
影片單元
單元 4 - 【前言 4】Audacity錄音與分割
09:20
2
基礎
影片單元
單元 1 - 【MATLAB 1】程式語法與常用指令
39:25
影片單元
單元 2 - 【MATLAB 2】副函式與除錯模式
17:38
影片單元
單元 3 - 【作業 1】終極密碼
02:34
作業單元
作業 1 - 第 7 單元 - 終極密碼
查看作業
影片單元
單元 4 - 【基礎 1】讀取、顯示與分析
33:05
影片單元
單元 5 - 【基礎 2】音框化與視窗化
影片單元
單元 6 - 【基礎 3】特徵擷取I:短時距能量
09:43
影片單元
單元 7 - 【基礎 4】特徵擷取II:過零率
14:01
影片單元
單元 8 - 【基礎 5】特徵擷取III:基頻
16:20
影片單元
單元 9 - 【基礎 6】特徵擷取IV:頻譜能量
17:58
影片單元
單元 10 - 【基礎 7】語音活動偵測
25:01
影片單元
單元 11 - 【基礎 8】即時運算
13:40
影片單元
單元 12 - 【MATLAB 3】圖形使用者介面I:基本操作
15:25
影片單元
單元 13 - 【MATLAB 4】圖形使用者介面II:動態遊戲畫面
28:12
影片單元
單元 14 - 【聲控遊戲 1】啊啊賈維斯
48:27
影片單元
單元 15 - 【作業 2】啊啊賈維斯二代
作業單元
作業 2 - 第 19 單元 - 啊啊賈維斯二代
查看作業
3
進階
影片單元
單元 1 - 【進階 1】語者字詞辨識
03:12
影片單元
單元 2 - 【進階 2】語者特徵擷取 – 梅爾倒頻譜
24:54
影片單元
單元 3 - 【進階 3】建立個人語音資料庫 – 向量量化
30:59
影片單元
單元 4 - 【聲控遊戲 2】用喊的OOXX
45:42
影片單元
單元 5 - 【作業 3】用喊的五子棋
01:35
作業單元
作業 1 - 第 24 單元 - 用喊的五子棋
查看作業
4
補充
影片單元
單元 1 - 【補充 1】聲控電腦系統
08:30
影片單元
單元 2 - 【補充2】音訊處理之後。下一步?
09:07
試看單元
播放試看影片
章節 2 - 基礎
單元 5 - 【基礎 2】音框化與視窗化
試看影片
19:51
播放試看影片
章節 2 - 基礎
單元 15 - 【作業 2】啊啊賈維斯二代
試看影片
06:24
課程評價
4.9
/ 5.0
15 則評價
Danny Lee2018-02-01
課後心得
看完整個課程,我覺得老師非常用心,在最開始的課堂中,可以讓一些久未使用matlab的人或是完全沒有基礎的人,都能有重新得對matlab有一定的練習,增加對程式的敏感度。在音訊學習方面,老師也介紹的非常詳細,讓我這個沒有音訊概念的人,通過課程能夠對於音訊領域有一定通盤了解,到課程結束後,都能做出一個屬於自己的小遊戲,我覺的非常有成就感。如果有任何問題老師都會詳盡且快速的為我們解答,對於第一次購買課程的我來說,我覺得完全值回票價,非常建議想走語音或語者辨識方面的同學來購買。
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tim96tim2018-02-23
期待類似的進階課程!
對音訊方面有興趣的同學,一定要來上這門課! 我個人是程式語言零基礎(第一份作業就苦惱很久),但是整份課程體驗下來,小弟相當樂在其中,對程式語言有認識的同學來上,一定更是收穫滿滿。 可以透過講義看出老師的用心,教得不僅易懂,有遇到困難之處,可以在課程開設的群組中發問,老師也會講解得相當仔細(像個人我就很喜歡這點,老師有時候還會補充有哪些地方可以應用) 隔了很久才過來評價其實相當的慚愧.... 這真的是一門好課阿!
查看更多
hpcslag2018-01-04
能將音訊處理概念與重點濃縮的課程
先前,我看過許多音訊或語音處理的影片,我想比較難接受的就是單一單元影片長度過長,必須要投入大量時間,自己整理出小主題或重點,但不可避免的是,音訊處理這門技術確實需要花比較多的時間去入門或學習,但這門課已經把重點的部分整理好,濃縮的恰當,推薦對音訊處理有興趣但想用短時間上手的人,選擇這門課程。
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Wen2018-05-25
由淺入深
如果什麼概念都不會的話,一開始除了基本的音訊與Matlab的基本操作,再跟著老師的講解,也能馬上運用範例程式來達成自己的音檔測試。 如果行有餘力自行修改範例程式實現其他運用,也可以跟老師討論在思路上卡住的地方。大力推荐!
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Lu2018-01-19
適合入門音訊處理的課程
聲控的確是未來科技發展的重點 這門課從頭開始介紹,老師內容講的蠻詳細 遊戲的部分可以看出老師用心讓課程不枯燥 我還在試著完成自己的遊戲哈哈哈

意猶未盡嗎?

關於講師

Jarvus Chen
1堂課程
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AI工程師,擅長音訊處理、影像處理、數據分析和機器學習等演算法。經營「賈維斯的智慧工坊」部落格,認為人工智慧將會改變人類的生活方式。曾開發多項「軟體即服務」(SaaS),使用人數超過千人。
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購課前問答

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信凱
2024-02-15
老師好,請問老師 課程有教如何下載MATLAB和安裝嗎?需要付費取得MATLAB嗎?謝謝老師
Jarvus Chen
授課老師
2024-02-16
哈囉,本課程不包含 MATLAB 的授權與安裝,可以問看看學校是否有校園授權可以使用,謝謝
回覆
我也想問
Rick Li
2022-07-08
您好 無法透過網址加入line群組 謝謝
(已編輯)
Jarvus Chen
授課老師
2022-07-08
哈囉 目前已取消LINE群組 請追蹤老師的粉絲頁 https://www.facebook.com/jarvusStudio 有問題也能直接私訊討論哦
回覆
我也想問
王昱承
2020-12-30
請問老師如果想要製作一個終極密碼的遊戲看完這個課程可以做出來嗎? 本身是大學生要做這個程式 但自己有些語法看不太懂
Jarvus Chen
授課老師
2020-12-31
我們的作業一就是終極密碼唷~可參考2-3的內容 這邊也有其他同學的成果 https://hahow.in/courses/598b01e6891876070047423a/assignments?item=5a1e1757a2c4b000589ddb94 有問題都可以再留言問我~加油!
王昱承
2021-01-04
fprintf("終極密碼遊戲!!.\n") fprintf("請輸入介於1-100的整數.\n。") num = randperm(100); num(1) i = 1; while 1 a = input("請輸入數字: "); if ( a < num | a > num) fprintf("超出範圍!!") elseif (a ~= num) fprintf("答錯了!!") i = i+1; elseif (a > num) max = a; fprintf("輸入介於[1,100]的整數。",[min, max]) elseif (a < num) min = a; fprintf("輸入介於[1,100]的整數。",[min, max]) end end 以解決 謝謝
(已編輯)
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我也想問
tonytsai
2018-07-05
請問老師:如果我想要做的專題是要把音訊處理後的特徵值接到的類神經網路模組進行機器學習後再輸出,我只買這個課程夠嗎?
Jarvus Chen
授課老師
2018-07-06
您好: 我自己也習慣用MATLAB將語音進行特徵擷取 嘗試不同方法後,將資料輸出成mat檔 再由python讀取以執行類神經網路 這門課會介紹常見的MFCC 因為整個演算流程都會詳細介紹 你有能力自己修改某些內容,幫助提升辨識率 所以關於語音處理的部分,這課程是足夠的 但類神經那邊,就需要靠你自己嘗試囉
(已編輯)
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1 人想問
Jung Jessica
2018-06-23
老師 我完全沒用過MATLAB ,但對音訊處理感到很有趣,請問有替代方案嗎? 難道要學音訊處理就一定要用MATLAB嗎? 我有學JAVA ,想設計有關音訊處理手機APP,學這門課可以運用到未來撰寫Andriod 程式嗎?
Jarvus Chen
授課老師
2018-06-24
您好,課程中會以簡單的範例帶同學操作MATLAB 這門課的音訊處理方法都是一步一步建構的的演算法 只會用到MATLAB內建min, max, fft 的基本函式 其餘都是簡單的矩陣運算、迴圈和判斷式 因此,這門課的內容是可以移植至任意平台實現的 (Java, Python, Android...) MATLAB的好處是 - 訊號、資料可以用圖型化呈現 - 初期練習較為方便且容易 這門課是讓同學對語音能有一定程度的概念 瞭解語音訊號的相關知識後 就可以想得出不同的應用 到時候同學如果想開發APP也可以和我討論唷
(已編輯)
Jarvus Chen
授課老師
2018-06-29
嗨~您在表單中填寫的LINE ID無法被搜尋到 若您填的是暱稱,並非加好友的ID 可以請您將ID從信箱寄給我,謝謝! yiwen1210.chen@gmail.com
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