基于改进型谱减法的语音增强技术研究

基于改进型谱减法的语音增强

摘 要

本文主要研究改进型谱减算法在语音增强中的应用，目的是增强语音质量，减少语音失真和提高其可度懂。我们首先介绍了语音增强的研究意义，然后介绍了语音信号的相关理论，进而阐述了语音增强的基本谱减法的原理，并在此基础上提出了一种改进型谱减算法。该算法通过语音激活检测(端点检测法)来确定“寂静段”（纯噪声段），从而对噪声功率谱进行重新估计。为了减小基音检测算法可能产生的检测误差，采用了组合递归平滑法来减小噪声谱估计的误差。

整个仿真实验中，我们对引入的加性噪声进行处理，其噪声谱估计的性能可在本文中的MATLAB仿真实验中体现。

仿真结果表明，该算法在去除背景噪声的同时，保证了较小的语音失真、提高了信噪比，达到了较好的测听效果。

最后，基于噪声与语音具有一定的相关性的实际情况，我们提出了算法的进一步改进设想，并对此思想做出了数学推导，得到了算法进一步改进的方向及可行性。

关键词：语音增强；谱减法；噪声估计；端点检测；组合递归平滑；仿真实验；改进算法

目 录

第1章 背景介绍 1

1.1研究背景 1

1.2 语音增强的历史和发展现状 2

1.3 谱减法语音增强的研究现状 3

1.4 本文主要的研究内容 3

第2章 语音信号的基础理论 4

2.1 人耳感知特性 4

2.2 语音特性分析 4

2.3 噪声分类及其特性 5

2.4 语音信号的数字化和预处理 6

2.4.1 语音信号预滤波、采样、A/D转换 6

2.4.2 预处理 6

2.5 语音信号的短时傅立叶变换 8

第3章 基于改进型谱减法的语音增强技术 8

3.1 谱减法的基本原理 8

3.2 谱减法建立的假设 10

3.3 “音乐噪声”的产生 11

3.4 语音端点检测技术 11

3.5 基音检测的后处理 14

3.6 基于谱减法的语音增强算法流程 15

3.7 仿真实验的结果 16

3.8 模型的缺点及进一步改进思想 18

附录 19

参考文献 19

MATLAB仿真程序 20

第1章 背景介绍

1.1研究背景

人们在语音通信过程中不可避免地会受到来自周围环境、传输媒介引入的噪声、通信设备内部电噪声乃至其他讲话者的干扰。这些干扰最终将使接收者接收到的语音已非纯净的原始语音信号，而是受噪声污染的带噪语音信号。例如，安装在汽车、飞机或舰船上的电话，街道、机场的公用电话，常受到很强背景噪声的干扰，严重影响通话质量。又如，室内会议电话的交混回响随同语音广播到每个会议地点，影响收听效果。再如深海潜水员在氦-氧面罩内讲话引起的失真，语言障碍残疾人的语音失真，有历史价值的旧唱片、旧录音带的噪声和失真等，都是带噪语音信号的例子。

环境噪声污染使许多语音处理系统的性能急剧恶化。例如，语音识别己取得重大进展，正在步入实用阶段。但目前的识别系统大都是在安静环境中工作的，在噪声环境中尤其是强噪声环境，语音识别系统的识别率将受到严重影响。低速率语音编码，特别是参数编码(如：声码器)，也遇到类似问题。由于语音生成模型是低速率参数编码的基础，当模型参数的提取受到混杂在语音中背景噪声严重干扰时，