Η επεξεργασία ομιλίας είναι η διαδικασία με την οποία τα σήματα ομιλίας ερμηνεύονται, κατανοούνται και επεξεργάζονται. Αναφέρεται συγκεκριμένα στην επεξεργασία της ανθρώπινης ομιλίας από ηλεκτρονικά συστήματα, όπως σε λογισμικό αναγνώρισης φωνής ή προγράμματα φωνής σε κείμενο. Η επεξεργασία του λόγου είναι σημαντική σε πολλούς τομείς τόσο για θεωρητικές όσο και για πρακτικές χρήσεις, που κυμαίνονται από την ενεργοποίηση και τον έλεγχο φωνής στα τηλέφωνα έως την ανάπτυξη λειτουργικής τεχνητής νοημοσύνης στην επιστήμη των υπολογιστών. Η ερμηνεία και η παραγωγή συνεκτικού λόγου είναι και τα δύο σημαντικά για την επεξεργασία του λόγου. Ωστόσο, ορισμένες ανησυχίες ευνοούν τη μία έναντι της άλλης, καθώς οι ανάγκες εφαρμογής της επεξεργασίας ομιλίας είναι πολύ διαφορετικές.
Η αναγνώριση ομιλίας είναι μια από τις πιο σημαντικές πτυχές της επεξεργασίας του λόγου, επειδή ο γενικός στόχος της επεξεργασίας του λόγου είναι η κατανόηση και η δράση στον προφορικό λόγο. Μια ευρέως χρησιμοποιούμενη εφαρμογή της αναγνώρισης ομιλίας είναι η απλή μετατροπή ομιλίας σε κείμενο, η οποία χρησιμοποιείται σε πολλά προγράμματα επεξεργασίας κειμένου. Ωστόσο, πολλές εφαρμογές απαιτούν πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από αυτή που απαιτείται για το λογισμικό μετατροπής ομιλίας σε κείμενο. Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον, για παράδειγμα, για τη χρήση της αναγνώρισης ομιλίας σε στρατιωτικά αεροσκάφη για τη μείωση της ευθύνης και της πίεσης του πιλότου. Προκειμένου να επιτευχθεί ακρίβεια και ακρίβεια, είναι απαραίτητο ο ομιλητής να βαθμονομήσει το λογισμικό αναγνώρισης στη δική του φωνή και στυλ ομιλίας.
Η αναγνώριση ομιλητή, ένα άλλο στοιχείο της αναγνώρισης ομιλίας, είναι μια άλλη εξαιρετικά σημαντική πτυχή της επεξεργασίας ομιλίας, αν και δεν εφαρμόζεται ακόμη τόσο ευρέως όσο η γενική αναγνώριση ομιλίας. Ενώ η αναγνώριση ομιλίας αναφέρεται συγκεκριμένα στην κατανόηση αυτού που λέγεται, η αναγνώριση ομιλητή αφορά μόνο ποιος κάνει την ομιλία. Η επικύρωση της ταυτότητας του ηχείου μπορεί να είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό ασφαλείας για την αποτροπή μη εξουσιοδοτημένης πρόσβασης ή χρήσης ενός συστήματος υπολογιστή.
Ένα άλλο στοιχείο της επεξεργασίας ομιλίας είναι η αναγνώριση φωνής, η οποία είναι ουσιαστικά ένας συνδυασμός αναγνώρισης ομιλίας και ομιλητή. Η αναγνώριση φωνής εμφανίζεται όταν τα προγράμματα αναγνώρισης ομιλίας επεξεργάζονται την ομιλία ενός γνωστού ομιλητή. τέτοια προγράμματα μπορούν γενικά να ερμηνεύσουν την ομιλία ενός γνωστού ομιλητή με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια από αυτή ενός τυχαίου ομιλητή.
Ένα άλλο θέμα μελέτης στον τομέα της επεξεργασίας του λόγου είναι η ανάλυση φωνής. Η ανάλυση φωνής διαφέρει από άλλα θέματα στην επεξεργασία ομιλίας, επειδή δεν ασχολείται πραγματικά με το γλωσσικό περιεχόμενο του λόγου. Ασχολείται κυρίως με τα σχήματα και τους ήχους ομιλίας. Η ανάλυση φωνής θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διάγνωση προβλημάτων με τις φωνητικές χορδές ή άλλα όργανα που σχετίζονται με την ομιλία, σημειώνοντας ήχους που είναι ενδεικτικοί ασθένειας ή βλάβης. Τα μοτίβα ήχου και άγχους θα μπορούσαν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να προσδιοριστεί εάν ένα άτομο λέει την αλήθεια, αν και αυτή η χρήση της φωνητικής ανάλυσης είναι εξαιρετικά αμφιλεγόμενη.