用实验方法改革汇编语言程序设计的教学.doc

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【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流用实验方法改革汇编语言程序设计的教学.精品文档.用实验方法改革汇编语言程序设计的教学摘要：我们在多门计算机课程的教学实践中，摸索出一套“把实验实践环节与理论教学相融合，抓实验实践教学促进学科理论知识学习”的教学方法，有效地提高了学生的学习兴趣和课程的教学效果。实践证明，这样的教学方法符合“实践、认识、再实践、再认识”的辩证唯物主义认识论。本文从我国大众化高等教育的实际出发，从汇编语言及其教学现状、教学内容的分层次设计、把实验作为课程的主要教学手段以及实验教学改革与创新的成果等诸方面介绍了笔者对“汇编语言程序设计”课程的教改思路和实验创新成果。 关键词 本文来自：计算机毕业网：汇编语言程序设计；实验；教学改革 在传统教学模式中，理论教学 (或者说是课堂教学) 与实验教学是区别对待的，后者通常用来“辅助”前者 (例如实验教材历来被认为是辅助教材) ，学生通过实验教学环节来“验证”理论教学的内容。但是，在大众化高等教育的背景下，课堂教学的效果普遍出现滑坡，导致淡化了“验证性”实验的基础，因而严重地影响了课程的教学质量。 近年来，我们在多门计算机课程的教学实践中，摸索出一套“把实验实践环节与理论教学相融合，抓实验实践教学促进学科理论知识学习”的教学方法，有效地提高了学生的学习兴趣，以此提高了大众化高等教育背景下计算机专业课程的教学效果和教学质量。本文中，我们结合“汇编语言程序设计”课程的实验创新，来探讨新的教育形势下计算机课程教学方法的改革。 1汇编语言及其教学的现状 计算机中真正可以处理的只是由“0”和“1”组成的二进制代码，这种指令代码易出错且不易修改。于是，人们发明了“指令的助记符”，用几个字母 (往往就是其含义的英文单词或缩写) 来代替某条指令，如加法用ADD表示，减法用SUB表示等，这种符号系统最终扩大形成了汇编语言。汇编语言就是机器语言的一种可以被人读懂的形式，只不过它更容易记忆。使用汇编语言编程，优点是运行效率高，可直接对硬件内部进行控制，缺点是使用者需要对硬件有更深入的了解，编程效率不高，并且汇编语言与机器的体系结构有一定的依赖关系，每种计算机都有自己的汇编语言，使用极不方便。 汇编语言易学却很难真正掌握，编写快速、高效，并且能够让计算机处理器“舒服地执行”的汇编语言程序是一件很困难的事情。由于教师开展教学困难，学生学习和掌握困难，教学效果很差，以至于不少学校甚至取消了这门课程。 尽管与发展初期相比，计算机开发和应用技术已经有了根本性的变化，我们有了各种高级语言、我们有了网络应用开发的许多编程工具，很多程序甚至可以自动生成，但机器语言、汇编语言和高级语言的程序设计语言体系仍然是计算机技术的基础，也是计算机技术的重要知识体系之一。对于计算机及其相关专业的学生以及喜欢计算机的一般学生和读者来说，汇编语言程序设计肯定是需要掌握的重要专业基础知识之一。不能了解和熟悉汇编语言知识不仅将导致学生知识结构的缺乏，也可能导致学生认知水平的降低、开发手段的贫乏。在一些应用中，汇编语言甚至是其开发工具的唯一选择。 汇编语言是机器语言之外最接近计算机硬件的编程语言。由于它如此地接近计算机硬件，因此，它可以最大限度地发挥计算机硬件的性能。用汇编语言编写的程序的速度通常要比高级语言（例如C/C+），快很多倍，甚至成百上千倍。选择汇编，意味着选择性能而不是可移植或便于调试。在一些实际的应用系统中，我们往往会用汇编彻底重写某些经常调用的部分以期获得更高的性能。应用汇编也许不能提高程序的稳定性，但至少它也不会降低稳定性；与此同时，它可以大大地提高程序的运行速度。至少，汇编语言的知识可以告诉你一些有用的东西，比如，你有多少个寄存器可以使用。有时，手工的优化比编译器的优化更为有效，而且，你可以完全控制程序的实际行为。 “汇编语言程序设计”课程的任务是为“计算机原理”、“计算机接口技术”、“操作系统原理”等后继课程提供必要的基础知识，它对训练学生掌握程序设计技术、熟悉上机操作和程序调试技术都有重要作用，为从事计算机的应用开发提供了强有力的编程工具。 通过学习汇编语言，学生可以了解到如何有效地设计数据结构，让计算机处理得更快，并使用更少的存储空间；同时，学习汇编语言可以让学生熟悉计算机内部运行机制，并有效地提高调试能力。经验表明，调试一个非结构化程序的困难程度，要比调试一个结构化程序的难度高很多，因为“结构化”是以牺牲运行效率来提高可读性与可调试性的，这对于完成一般软件工程的编码阶段是非常必要的。然而，在一些地方，比如，硬件驱动程序、操作系统底层，或者程序中经常需要执行的代码，结构化程序设计的这些优点有时就会被它的低效率所抹煞。另外，如果你想真正地控制自己的程序，只知道源代码级的调试是远远不够的。 通常情况下，“汇编语言程序设计”课程的教师必须决定其课程是集中于问题和理论，还是为学生提供一个能够对汇编语言程序设计进行实验的环境。“汇编语言程序设计”课程本身具有的理论抽象性和鲜明的应用性，决定了我们必须充分重视这门课程的实践环节。 2教学内容的分层次设计 教育部计算机科学与技术专业教学指导分委员会在其发布的“中国计算机本科专业发展战略研究报告”中指出：大多数院校都有比较完善的教学大纲、教学计划和进度表、教学档案等，实践着一套有效的管理规范。但同时教学内容的研究则需要加强。报告进一步指出： 1) 有些学校计算机专业的教学内容设计存在明显的盲目性，还有些学校在培养人才定位上有明显偏差。尽管CC1991开创了一种对计算机科学教育的创造性的、理性的思考，但它并不应该成为我国所有大学计算机专业教学实践所共同追求的目标。 2) 作为一种比较普遍的规律或者现象，学生就业通常会有较强的地域性：一个企业通常在周边地区招收较多员工，一个学校的毕业生大都就业在学校周边地区的单位。因此，学校周边地区社会发展的情况对计算机专业的教学内容的设计应该是很有参考意义的。 由于大多数大专院校一般都设置有计算机科学技术及其相关专业，我们至少可以认为：根据所在院校的办学类型不同、培养目标不同、所在地及其周边地区社会需求的不同，这些计算机专业的教学内容应该有所不同，这些计算机专业对于“汇编语言程序设计”这门课程的教学内容也应该是有所不同的。对于那些非研究型院校的相关专业，对“汇编语言程序设计”的教学可以集中在适度的理论知识和充分的操作实践上，通过实验与实践，了解汇编语言程序设计的基本概念和知识，激发对相关理论知识的学习兴趣，理解和掌握汇编语言程序设计的基本方法。 汇编语言程序设计的应用面广，涉及技术领域宽泛，要让学生真正理解汇编语言程序设计的基础理论知识，具备将汇编语言技术应用于社会实践的能力，积极加强汇编语言程序设计课程的实验环节是至关重要的。 3把实验作为课程的主要教学手段 “汇编语言程序设计”课程一向都有上机实验的教学要求，但教学主体是课堂教学，无论是实验设计还是实验强度都远远不够，带有强烈的“验证性”色彩。然而，单凭课堂教学和一般作业，要真正领会汇编语言程序设计课程所介绍的概念、原理、方法和技巧等，是很困难的。经验表明，学习并真正体会和掌握汇编语言程序设计的最好方式是对它进行充分的实践。把实验作为学习汇编语言程序设计的主导方法，为学生提供了一个掌握汇编语言程序设计全新的学习方法，可以由此来体验汇编语言程序设计的知识及其应用技巧。当然，通过实验，也一定能够很好地提高学生汇编语言程序设计能力。 根据以上思考，我们在实验内容的选择、实验步骤的设计和实验文档的组织等诸方面都做了精心的考虑和安排，尝试为“汇编语言程序设计”课程编写了汇编语言程序设计实验教程教材。该实验教材依据课程教学大纲，充分理解课程的大多数主教材，遵循课程教学的规律和节奏，体现了实验的可操作性，帮助学生切实把握本课程的知识内涵和理论与实践的水平。 全部实验结合目前广泛使用的PC机Intel 80x86 CPU来开展教学，目的是通过一系列使用80x86和Windows环境下32位汇编语言的实验练习，把汇编语言程序设计的概念和理论知识融入到实践当中，从而加深对汇编语言程序设计的认识和理解。实验练习几乎覆盖了汇编语言程序设计教学的各个方面 (见表1)，内容涉及汇编语言编程基础、构建汇编语言编程环境、汇编语言程序设计、输入输出与中断、Win32汇编语言程序设计及汇编语言与C/C+的混合编程等。 表1实验内容的分布 实验1：汇编语言编程基础。包括汇编语言的计算环境、使用DEBUG调试工具、用DEBUG熟悉指令功能和寻址方式、用DEBUG熟悉Intel 80x86指令等实验。通过实验理解汇编语言程序设计的基本概念，了解Intel CPU的组成，熟悉8086/8088寄存器组、8086/8088存储器组织、8086/8088标志等与汇编语言程序设计相关的基础概念；了解汇编语言的应用领域和学科，了解汇编语言的发展和版本；通过因特网搜索与浏览，了解80x86汇编语言的计算环境，了解因特网网络环境中主流的汇编语言程序设计技术网站；掌握通过专业网站不断丰富汇编语言程序设计最新知识的学习方法，尝试通过专业网站的辅助与支持来开展汇编语言程序设计的应用实践；初步掌握调试程序DEBUG的使用，熟悉DEBUG常用命令，特别是D、R、E、A、U、T、G等命令的运用；利用调试程序DEBUG学习80x86 CPU的数据和转移地址寻址方式，学习和掌握80x86微处理器的基本指令系统。 实验2：构建汇编语言编程环境。包括构建masm编程环境、汇编语言程序的格式等实验。通过实验学习建立汇编语言masm实验摘要：学生对程序设计语言课程普遍感到压力大，老师教得辛苦，学生学得艰难。为此本人进行了相关的课题研究，特别是对学生学习该课程的压力及其来源进行了深入探讨，并对心理障碍的疏导问题提出了调适意见。本文就是笔者对该问题研究的初步成果，供大家商榷、参考、共享。 关键词 本文来自：计算机毕业网：心理压力；显性根源；隐性根源；合理疏导；恰当调适 一 程序设计语言课程，是理工类专业尤其是计算机类专业学生所学的第一门专业基础课程，一般都安排在第二学期开设。大量的调查结果表明，对于学习程序设计语言课程，学生普遍感到有心理压力，随着课程的进行，难度日渐加大，压力日益加剧，伴随而生的是焦虑日盛、焦躁不安、消极退缩、空虚茫然。因而多数学生对于程序设计语言课程的学习，因畏惧而远之，因害怕而弃之。老师辛辛苦苦教学，却普遍收效甚微。 笔者曾对多届学生(其中包括软件工程专业本科班和计算机科学与技术统招本科班的学生)进行过测试，存在的问题确实不小。例如，分不清“大于和等于”的意思就是“不小于”，其不成立时就是“小于”的人数不低于全班总人数的五分之二；不能区分“判断通过键盘输入的整数是否是素数(或说质数)”与“输出在1和100之间的全部素数”两个不同题意区别的人数超过全班总人数的一半；在15分钟的测试时间内不能将一个三位整数X用X/100取整分离出X的百位数的人数达全班总人数的60%；在学过求余运算符“%”之后，不能用X%10求余分离出X的个位数的人数占全班总人数的80%，不会用(X/10)%10的方法分离出X的十位数的人数竟达全班人数的90%；。 在这样的前题之下，多数学生刚开始接触这门课程时的心态是既有新鲜感，又感到恐惧，学过一段时间后，便不时流露出畏难情绪。有的在学过一些简单的教学用小程序之后又急于求成，为不能一次成功独立编写出大程序而感到懊恼；有的在上机实践时由于粗心大意出现差错、意外，当系统报告多处错误需要进行调试时就显得十分浮燥和不安，有的学生干脆放弃；。这些现象都真实地反映了学生在学习“程序设计”课程之初、之中和之后的各个阶段，存在着不同程度的心理问题。面对学生在学习“程序设计”课程时流露出的窘迫、担忧，教师应该怎样正确应对？ 程序设计在训练和提高学生的逻辑思维能力方面有独特的作用，所以在高校甚至于在中学，“程序设计”都应该是一门十分重要的课程。尤其在高校，“程序设计”课程在培养和提高学生的逻辑思维能力方面，与“高等数学”课程有异曲同工的作用。笔者认为，无论是从课程地位、课程设置还是课时量的安排来说，“程序设计”课程都应该成为理工类专业与“高等数学”课程同样重要的一门课程。 然而在我国由于中学为了适应应试教育的要求，几乎都没有开设或者没有认真开设“程序设计”课程。这样做的后果，一方面可以说是只注意了培养高考状元，而埋没了其中不少可能在软件行业里有很大发展潜力的少年天才；另一方面，在应试教育的大背景之下，不少中学惯用题海战术，施行只强调模仿、忽视思考的大运动量训练，致使中学阶段的许多学生逻辑思维能力没有得到正常的、合理的训练和培养，软件知识更是贫乏甚至是空白。这些问题往往成了大学阶段学习“程序设计”课程的心理障碍。现象形形色色，实质都是因为存在各种各样的心理障碍。 要想提高程序设计语言课程的教学质量，就不能不对学生在学习该课程之前和之中的心理状态及产生压力的根源，作一番深入的探讨。针对学生在学习“程序设计”课程时表现出来的问题，教师应该对产生心理障碍的根源进行剖析并予以合理的疏导和恰当的调适。 二 人的行为既受到心理的支配，同时又影响到心理状态。心理学研究表明，压力分轻度、中度和重度三级，轻度的压力容易转化为惰性，重度的压力会产生焦虑，只有恰当的中度压力才有可能转变为动力。学生面对学习程序设计语言课程所产生的压力，显然属于重度压力。这种重度压力产生的根源，有显性和隐性两个方面。 显性压力来源主要有思维、环境、考试、父母、老师、同学、社会、就业问题等。例如认为自己思维基础差，反应慢，跟不上老师；从未见过多媒体的教学方式，很不习惯，跟不上、记不成笔记；时刻记挂父母的期望，害怕考试“挂科”而失面子；担心因成绩差得不到奖学金，对不起父母，对不起老师；担心同学比自己强，在互相比拼中居下风；担心学得不好，将来就业困难，找不到好工作，会受到社会的岐视等等。这些显性的压力来源，涉及到学习的动机、方法问题，虽然可以采取对症下药的方法得到局部的调理，但却得不到令人满意的诊治效果。我们还应该深究一下对学生产生这种重度压力的隐性根源，这才是解决问题的根本之所在。 首先，刚步入高校的学生，正处于高考压力释放期的后阶段。他们本以为大学的学习会比中学更难，但是，高校第一学期一般都是安排公共课程，除必开的政治课外，“高等数学”和“大学英语”相当于高中课程的延续，他们从中感觉不到来自专业的压力。“计算机基础”的内容简单，有的中学也开设，已经在中学学习过的学生会因为内容重复而感到厌烦。加之，第一学期课时安排较少，习惯于中学“圈羊式”教学模式的学生，对大量的空堂感到无所适从，因而使他们“被迫”继续处于高考压力的释放阶段，虽然第一学期开设的“思想道德修养和法律基础”课对大学生的学习动机和方法等相关内容都有所涉及，但他们更在意“眼见为实”，对所学内容由于在实践中感觉不到“益处”便处于惰性状态，乃至到第二学期开设“程序设计语言”这类对逻辑思维能力要求较高的专业基础课时，因为没有知识基础且又缺乏必要的心理准备，而感到重度压力倍增乃理所当然。所以笔者认为，第一学期的课程安排不当是造成上述重度压力的第一隐性根源。 其次，几乎所有学校在教材的选用上仍采取“必用名人名作”的习惯做法，完全忽视学校的类别、性质和生源的实际情况。何况，不少“名作”只是借用了名人的名字，“名作”并不一定是真正的名人之作。在任课教师的安排上，大多数学校都是只安排刚出校门的新教师任课，他们中的大多数一般都采用一切从简、照本宣科的教学方法，使学生无所适从。笔者认为，教材和教师的选用欠妥，是造成上述重度压力的第二隐性根源。 再次，多媒体教学对提高课堂教学效率方面的确有较好作用，但多媒体毕竟是一种计算机辅助教学设备，需使用得当，恰到好处，而不能滥用。有的教师将其作为唯一的授课形式，笔者认为，从课程的性质和教学内容的特点来说，这样做不可取；从对于不同的教学对象来说，教学形式一刀切的做法更不可取。有不少学校把投影银幕置于黑板正中，并提出取消粉笔加黑板的常规教学形式，学生感到无所适从也绝非偶然。在调查中，大多数学生反映跟不上投影内容的变换，无法记笔记；多数学生反映枯燥乏味的内容和近似黑暗的环境很容易昏昏欲睡。笔者认为，教学手段的使用不当，这是造成上述重度压力的第三隐性根源。 三 程序设计语言课程能否提前到第一学期开设？如果能这样做的话，一方面可以让刚步入高校的大一学生，终止高考压力的释放，而初步尝试到来自专业的压力。因为，只要调控适度，对于绝大多数学生，早一点接触来自专业的压力，利多弊少。同时，这样做也有利于众多的后续课程的开设，并在其中继续保持这种中等程度的压力，这对促使学生成材的作用不言而喻。问题在于程序设计入门语言要选择恰当，应该如何选择呢？日本著名的计算机教育家三田典玄先生的研究表明，如果将硬件和软件作纵坐标，将系统和用户作横坐标画一张图，BASIC语言是正好处于该图的中间位置，是最适合作为初学者的入门语言。早在上世纪五十年代后期，我国就是选用BASIC语言作为程序设计课程的入门语言的，这从BASIC的含义便不难看出，所以现在不少发达国家仍选择BASIC语言作为初学者的入门语言。但是，我国的绝大部分高等学校都是选择C语言作为入门语言。C语言在上述图的偏左下位置，是面向系统和硬件的，对于初学者来说难度较大，不太适合在第一学期开设。如果将C语言和BASIC语言在上述图中连一条线，在靠近BASIC语言处找到一个点，将其作为入门语言放在第一学期开设，对于初学者来说可能比较合适。然而，符合这一要求的现存的语言目前并没有。怎么办？能否对C语言的内容和要求作一些必要的调整来达到这一目的？首先要解决的是对难度大的处理问题，C语言的难度大在何处？就目前使用较多的C语言教材的章节难度问题，通过对某大学软件学院的近五百名学生进行学情问卷调查结果表明：对“指针”一章感到困难的占88.38%，对“函数调用”一章感到困难的占86.49%，对“循环结构”一章感到困难的占81.08%，对“数组”一章感到困难的占57.43%，对“选择分支结构”一章感到困难的占21.62%，对输入函数scanf的使用感到困难的占18.78%，对输出函数printf的使用感到困难的占12.86%。如果能作如下调整： 将相对难度最大的“指针”一章内容分别分散放在“数组”、“函数”、“其他数据类型”三章中； 将“函数调用”移至“其他数据类型”之后讲授； 先介绍无格式输入流cin和无格式输出流cout，然后根据有格式输出问题自然引出输出函数printf，在讲到有输入和有格式输出问题时采用cin和printf的混合形式，在讲到指针和指针变量内容介绍了地址概念之后，自然引出有格式输入函数scanf； 改变原教材“冷冰冰”和“高不可攀”的面孔，增加趣味性的问题和实用性的问题，删去高难的数学问题； 增加适量的难度不大的探索性问题。 同时将课程名定为“高级语言程序设计基础”，安排有经验的教师帮带部分新教师，在第一学期用周课时6节讲授(含课程实践时教育，是目的还是达到目的的手段?创新，是目的还是到达目的手段?答案简单且明确。但我们还是常常将手段当成目的，使教育远离其初衷，观念的偏离，必然出现疑问： *我们为什么对创新充满神秘感? *换体制不换大脑又会如何? *耶鲁“真理和光明”、哈佛“让真理与你为友”的校训是否在唱高调? *大学仅仅是大教室、大操场、大食堂、大图书馆、大实验室的集合吗? *我们的人才培养到底哪里出了问题? *大学中为什么会出现“近亲繁殖”? 语音情感识别研究进展关键词:情感识别;语音信号;情感计算 摘要:语音信号中包含着丰富的情感信息,通过对语言信号的分析来识别人的情感是当前一个十分活跃的研究课题。首先介绍了国内外语音情感识别的研究现状,然后分析了语音情感识别研究的关键理论与技术,最后在此基础上进行了总结并概括了语音情感识别研究领域的发展趋势。 一、引言 人类通过语言来交流,在语音中不仅有语义信息,还包含丰富的情感信息。语音情感识别就是从语音信号中识别出说话人的情感信息,比如“喜、怒、哀、乐”等,有着广泛的应用前景。比如,用于自动远程电话服务中心,及时发现客户的不满情绪1;用于远程教学和婴儿教育,及时识别学生的情绪并做出适当的处理,从而提高教学质量;也可以用于刑事侦察中自动检测犯罪嫌疑人的心理状态以及辅助测谎2等。 本文主要从情感的分类、情感语音库的建立、语音信号的情感特征提取、语音情感识别方法等方面来介绍语音情感识别的研究进展。 二、语音情感识别的研究现状 在1972年,Williams发现人的情感变化对语音的基音轮廓有很大的影响,这是国外最早开展的语音情感方面的研究之一。1990年,麻省理工学院多媒体实验室构造了一个“情感编辑器”对外界各种情感信号进行采样,如人的语音信号、脸部表情信号等来识别各种情感3。1996年日本东京Seikei大学提出情感空间的概念并建立了语音情感模型。2000年,Maribor大学的Vladimir Hozjan研究了基于多种语言的语音情感识别4。2009年4月,日本产业技术综合研究所(AIST)研制一个具有丰富表情的新型女性机器人“HRP-4C”。通过对主人语音信号的识别,机器人可以做出喜、怒、哀、乐和惊讶的表情等5。 在国内,语音情感识别的研究起步较晚。2001年,东南大学赵力等人提出语音信号中的情感识别研究6。2003年,北京科技大学谷学静等人将BDI Agent技术应用与情感机器人的语音识别技术研究中。另外,2003年12月中科院自动化所等单位在北京主办了第一届中国情感计算及智能交互学术会议,2005年10月又在北京主办了首届国际情感计算及智能交互学术会议7。 三、语音情感识别研究的关键技术 (一)情感的分类 人类的情感是相当复杂的,常见的是喜、怒、哀、乐等。目前语音情感识别研究中对于情感的分类没有一个统一的标准,研究者一般针对研究对象而做出不同的分类。使用较多的是四种基本情感类型:愤怒、高兴、悲伤、惊奇。在心理学领域被普遍接受的是Robert Plutchik教授提出的八种原型情感模型,八种情感为:恐惧、惊奇、悲伤、厌恶、愤怒、期望、高兴、接受。对于情感的分类,研究者始终没有达成共识,美国学者Ortony8对不同研究者的观点进行了归纳和整理,如表1所示。 表1 不同的情感分类 Tab.1Different Emotion Classification (二)情感语音库的建立 情感语音库是语音情感识别研究的基础,如何建立一个有效的情感语音库对于提高语音情感识别率具有重要影响。语音库的建立大体上分为三种形式。第一种数据库来自专业或业余演员的表演,朗读预先准备的句子或段落。由于这种方法操作简单,目前大部分情感语音数据库都是用这种方法获得的。第二种数据库是让录音者置身于一个虚拟场景,从虚拟环境中诱引出语音。第三种数据库来自现实生活,是人们在现实生活中表现出最真实情感的语音,但要用这种方法获得情感语音数据库非常困难7。 用三种方法获取的数据库其自然度各不相同,文献9通过试验发现,在使用同样特征参数的情况下,用不同方法获得的数据库其情感识别率不同。Batliner等人使用线性判别分析(LDA)法结合韵律特征,对三种不同自然度的情感语音数据库进行了分类试验,结果表明,情感语音的自然度越高,识别率越低1。 (三)语音信号的情感特征提取 基于心理学和韵律学研究的结果,说话者的情感在语音中最直观的表现就是韵律特征和语音质量的变化。因此对语音情感识别的研究普遍从韵律特征和音质特征开始,尤其是韵律特征,被认为是最主要的语音情感特征10。研究中采用窗长23.22ms(256点),窗移10ms的汉明窗,选取时间、基频、能量、振幅、共振峰等特征参数作为情感识别用参数。 1.语音持续时间 计算每一情感语音从开始到结束的持续时间。提取持续时间时应包括无声部分,因为无声部分对情感是有贡献的。 2.基音频率 基音是指物体振动时所发出频率最低的音,利用倒谱法逐帧计算出基音频率,考虑到可能产生检测错误,因此对结果进行中值滤波和线性平滑处理11。可以选取平均基音频率,最大基音频率、基音频率的平均变化率等参数用于情感识别。 3.语音信号的能量12 由于语音信号的能量随时间变化,清音和浊音间的能量差别相当显著,因此对短时能量进行分析,可以描述语音的清浊音变化情况。短时能量定义为 式1中,汉明窗函数(n)平方的物理含义是一个冲激响应为(n)2的滤波器。首先求出语音信号各样本点值的平方,然后样点通过滤波器输出由短时能量构成的时间序列。采用窗长N=23.22ms(256点),在满足对语音振幅瞬间变化的细节进行了有效平滑的前提下,保证了短时能量的明显变化。识别时可以将情感语音短时能量变化率和有声部分平均短时能量作为特征参数。 4.语音信号的振幅 信号的振幅特征与各种情感信息具有较强的相关性。短时能量函数存在对信号电平值过于敏感的问题,可通过平均振幅函数来衡量语音幅度的变化,其定义为 式2可以理解为窗函数(n)对信号进行了线性滤波运算。与短时能量比较,短时平均振幅用绝对值之和代替了平方和,简化了运算。由于振幅的瞬间最大值很难屏蔽掉一些干扰导致的突变,那么取得的值将是不准确的。因此,可以选取从发音开始到结束之间的平均振幅的最大值作为最大振幅,同时提取振幅平均变化率作为参数用于语音情感识别。 5.共振峰 共振峰是反映声道特性的一个重要参数,因为不同情感的发音可能使声道有不同的变化,所以能够预料到不同情感发音的共振峰的位置不同。本文首先用线性预测法求出预测系数,然后用预测系数估计出声道的频响曲线,再用峰值检出法计算出各共振峰的频率13。可以选取共振峰频率的平均值、共振峰频率的平均变化率、共振峰峰值点回归直线的平均斜率以及共振峰峰值的平均值等作为识别用特征参数。 (四)语音情感识别方法 1.基于隐马尔可夫模型的识别方法 隐马尔可夫模型可用下面三个模型参数来定义,即=(,A,B)14。其中A为状态转移概率的集合,B为输出观测值概率的集合,为系统初始状态概率的集合。 根据HMM模型,对于一个含有V种情感状态语音,每个情感状态有K个语音样本的待识别语音库进行语音情感识别,要完成以下工作15: (1)对于每个情感状态V,要建立对应的隐马尔可夫模型v= (,A,B)。 Fig.1 The state transition diagram for HMM (2)对于任何一个待识别的语音样本,执行图1中所示的步骤,在图1中aij是状态转移矩阵A中的元素,bj(0)是分布矩阵B的列向量。首先通过特征提取得到待识别单词的观测矢量序列O;随后通过Viterbi算法对每个模型计算其匹配得分;最后选择匹配得分最高的模型作为识别结果,即:    摘要：本文介绍了一些常见的误用密码协议的例子，进而探讨了信息安全专业密码学教学中的一些可行性方法。 关键词 本文来自：计算机毕业网：信息系统；密码；协议；教学 1简介 由于使用了数学中的有限域和数论理论，因此密码学课程一直被视为是非常数学的。诚然，数学基础对现代密码方案设计和算法理解是至关重要的，但是对于密码系统开发和评估人员来说，一般不需要考虑底层的密码算法，而是需要分析高层密码协议(如密钥分配协议，身份认证协议)的安全性。因此，过分强调数学在密码学中的作用而忽视一般密码知识的重要性，就导致出现了很多有缺陷的密码系统，而这些缺陷一般都不是因为底层密码算法的瑕疵而引起的。故此，如何使信息安全的思想和方法更有效地被系统开发者理解，引起了国内外政府、大学、科研机构的高度关注。我国于本世纪初在一些大学先后开设了信息安全专业，但是如何将密码学从纯粹数学研究或者科学研究领域转变为非数学和科研工作者应用的开发工具，是一个严峻的挑战，而分析和总结非数学专业密码学课程的教学是一项有意义的工作。 2一些例子 本节介绍一些有缺陷的密码系统，从中可以看出缺乏对必要的密码协议的理解将带来的安全隐患。 2.1商场支付卡系统 商家的支付可系统通常用一个PIN码簿加密客户的PIN码。由于系统的敏感性，PIN码簿应周期性地更新。而在早先的装置中，这些系统使用主密钥管理系统，这就需要信用卡认证主机定期下载一个新的会话密钥充当PIN码簿。但不幸的是，商家终端和信用卡认证主机之间通信协议的设计者没有意识到这个问题，在通信协议中不提供对更新会话密钥的下载，因此大多数情况下，会话密钥没有更新。 2.2IBM 4758处理器 一些银行的ATM机利用了IBM 4758密码处理器，但在执行库设计上存在着一个缺陷，这就使得某个心怀叵测的银行职员可以获得设备使用的密钥。 2.3等价保密 为了达到与有线通信等价的保密性，无线通信协议标准IEEE 802.11b利用RC4密码算法实现加密。而为了防止RC4密码算法被破解，密钥不能重复使用，但在IEEE 802.11b标准中并未提及这点，因此在许多依据此标准构造的安全体系中，密钥可以重复使用，导致系统很容易受到攻击。 2.4Microsoft护照 Microsoft Passport系统主要是为了提供.NET服务而引入的，使用的协议是Kerberos协议的一个变体。Passport不需要每个用户拥有一个私钥，这样用户的认证就得不到保证，攻击者就可以通过其他方式获取Passport，而在线商家并不能检验出来。 3一个概念 大多数学生会认为密码系统就是那些密码算法。实际上密码系统还有两个重要的组成部分：一个是密钥管理，定义密钥的选择和交换；另一个是密码使用，定义数据保密策略。 上节例子可以看出，缺陷的产生源于对密钥的选择或密码使用不当，而不是因为没有很好地理解有限域和数论理论。事实上，如果缺乏相应的数学基础，真正能够攻击底层密码算法的攻击者很少，大量的安全问题出自于对密码不恰当的使用和对密钥管理的疏忽。因此，对于信息安全专业的学生，密码学课程的重点应该集中在基于密码算法之上的信息安全系统的理解，强调密码管理和应用方面的理解和技术实现。 4课程要点 密码课程内容从密码基本原理与信息系统相结合进行选材，包含对有缺陷系统的剖析。在实验中，尽可能将一些开发密码系统的工具介绍给学生，使学生在解决问题中体会密码系统可能产生的问题。从而强化学生对密码基本原理的理解以及对密码管理和应用的思考。 针对学生在工程设计中可能出现的问题，集中讨论以下问题： 1) 理解密码算法的基本要求以及不同算法相互之间的关系。如讨论RC4密码算法为什么要求使用不可重复的随机密钥。讨论DES的不同操作模式应用场景。 2) 讨论密钥更新的时间和方法。 3) 检查所有协议是否存在中间人攻击方法。了解防止该攻击的消息认证方法。 4) 检验所有协议是否存在重放攻击，了解防止该攻击的时间戳和会话密钥分配方法。 5) 理解信息泄露攻击。不经意的设计会引起信息泄露。一些协议和API库函数都有自己特定的使用方法和范围，应慎重使用。例如诊断请求只需报告系统的正常状态，而不需要提供系统中处于密码保护的信息 6) 新的研究成果的介绍。如新发现的系统缺陷和攻击(防御)技术。 7) 关注信息安全领域的发展，扩展密码原理和技术的应用范围。 5自由选择 学生对于课程的兴趣点会有所不同，有的学生喜欢编写程序，而有些学生对项目管理感兴趣。为了更好的理解密码学原理和应用，以及满足对大部分学生的教学要求，适当给学生布置一些交叉作业，并以相应的难度计分，充分调动学生学习的主动性和积极性。通常给学生一定的自由度，学生可以根据其兴趣和能力选择合适的作业完成。对于在某一方面突出的学生，给他发挥自己特长的条件，引导其了解一些关键的密码系统的设计思想，或者推荐一些研究文献扩展知识面。见下表。 6教材选择 鉴于在教学中的实践和体会，我们选择清华大学出版的现代密码学作为学生学习密码基础的主要教程，该教材较简练地给出了密码学中基本原理，相比其他教程，较容易理解，适合非数学专业的学生学习，但对密码应用和安全协议的讨论不足。为此，Wenbo Mao著的现代密码学理论与实践可以弥补其不足，该书着重强调了应用密码学研究与开发的原则，可以根据学生的知识结构选择适当的素材开展实验和讨论。 7教学实践 教学实践中，对信息安全专业的大学低年级学生而言，建立信息系统安全的整体概念，了解安全

注意事项

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