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近年来,随着语音信号非线性动力学特性研究的深入以及非线性动力学理论的进一步发展,应用非线性方法分析和处理语音信号成为研究的热点。然而,在应用非线性方法分析语音信号过程中,特别是计算语音音素的非线性表征量(如相关维数和最大Lyapunov指数)精细定量描述语音特征时,语音信号的非平稳特性和音素采样点不足这两个因素制约了这些方法的应用,使得计算结果往往波动很大,造成了解释上的误差。因此,研究针对非平稳语音信号的新的时间序列分析技术和新的特征参数提取手段成为本文的目的。首先,论文介绍了利用非线性动力学方法对语音信号进行理论性的定性和定量分析。根据音素的发声机理,讨论了浊音的声门振荡模式、清音的湍流声源模式和交互作用模式这三种不同的非线性模式。在研究语音的状态空间重构中,采用邻接误差法和平均互信息法统计得到语音音素序列重构相空间嵌入维数和延迟时间,为非线性分析方法分析连续语音提供了必要条件。通过对语音音素信号相关维数和最大Lyapunov指数的计算,表明了语音信号的混沌动力学特性。同时,计算结果较大的波动性表明这两种非线性参数只能用作反映语音非线性特征的表征量,而不能用作精细特征分析。然后,论文综述了针对短时非平稳的时间序列分析技术的研究现状,讨论了递归图和定量递归分析技术的应用研究。在递归图分析中,详细介绍了递归图的宏观模式和微观模式及其所表达的潜在的动力学含义。讨论了定量递归分析中的各种不同参量所衡量的动力学递归特性。通过从非平稳的时间序列分析、两时间序列相关性分析和噪声对定量递归分析的影响三个领域进行的研究讨论,说明了递归图和定量递归分析技术分析短时非稳态时间序列的有效性。随后,将递归图和定量递归分析技术引入语音信号处理领域。通过二维递归图观察不同模式的语音信号内部动力学机理的递归现象,使用递归量化参数定量的揭示了语音信号的递归特性。在音素递归图分析中,将语音非线性特征的表现模式和递归图的宏观模式联系起来:浊音的声门振荡模式对应于周期模式递归图,清音的湍流声源模式对应于均态模式递归图。由于爆破音闭塞段和释放段动力学性能的剧