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摘 要

本文研究的主要目的是增强语音信号，缓解噪声带来的影响，提高语音信号的易懂度。首先，在研究语音增强相关理论的基础上，采用谱减法的方法对语音进行增强。文中还介绍了关于语音信号处理的分析方法，以及提高语音增强研究的技术。文中详细介绍了谱减法基本原理，公式的推导以及具体的实现过程。之后还从滤波器组合的角度研究谱减法的基本原理及其算法的实现，从了解语音增强的性能指标，并对语音增强方法做了一定的比较。本文所有的仿真及其算法均采用MATLAB实现。其仿真结果表明，改进行的算法，具有较好的语音增强能力。

关键词：谱减法；滤波法；噪声特性；语音增强；

Research on speech denoising method based on Spectral Subtraction

ABSTRACT

The main purpose of this paper is to enhance the speech signal, reduce the impact of noise and improve the intelligibility of the speech signal. First, spectral subtraction is used to enhance speech based on the theory of speech enhancement. This paper also introduces the analysis method of speech signal processing and the technology of improving speech enhancement. This paper introduces the basic principle, formula derivation and realization process of spectral subtraction in detail. Then, the basic principle of spectral subtraction and its algorithm implementation are studied from the perspective of filter combination, the performance indexes of speech enhancement are understood, and the speech enhancement methods are compared to some extent. All the simulation and algorithm in this paper are realized by MATLAB. Simulation results show that the improved algorithm has better speech enhancement ability.

Keywords: spectral subtraction,Filtration method,Noise characteristics,Speech enhancement

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1 研究背景及其意义 1

1.2 语音增强技术及其发展现状 1

1.3 主要研究内容 2

第二章 语音增强的基本原理 3

2.2.人耳感知特性 3

2.3.噪声特性及分类 3

2.4.语音信号的分析 4

2.4.1 语音分帧 4

2.4.2 语音信号的短时傅立叶变换 5

2.4.3 语音信号的预处理 5

2.5 语音增强性能 6

2.5.1 语音质量主观评价 6

2.5.2 语音质量客观评价 6

第3章 谱减法的语音降噪技术 8

3.1 谱减法基本原理 8

3.2 基于滤波器组合角度的谱减法 9

3.2.1 Weiner滤波器的设计 9

3.2.2 改进后的Weiner滤波器 9

3.3 音乐噪声 10

3.4 基于滤波器组合角度的谱减法算法流程 10

3.5 仿真结果及其分析 10

第四章 总结与展望 14

致谢 15

参考文献 16

第一章 引言

1.1 研究背景及其意义

生活中，人们在进行交流谈话中总会受到外部环境的影响，噪声的干扰。若处于通信过程中，这些干扰将会使接收端接收到带有杂音的语音信号^[1]。例如，街区上的公共电话，飞机起飞时产生的噪音。这噪音便会影响语音通话的质量。又如，处在施工现场中，通话质量会受到施工现场的噪声干扰，影响通信。再如，一些年代久远的就旧唱片，旧录音带就收到噪音的影响，造成失真使音质变差。这些都是收到噪声影响后的语音例子。

语音增强可以在不同的地方发挥它独特的效果。语音增强不仅可做某一技术的预处理手段过程，而且还可以为生活中用来解决噪声污染提供了技术上的支持。例如，现阶段，语音识别是一门特别重要的技术。这技术已经在我们的生活中广泛使用，而且使用特别方便以及处理事务的效力很高。但若在一个噪声污染特别恶劣的环境中，就会影响语音识别的识别程度，而且环境越恶劣，影响程度也会随之增加。此时，这就需要一种技术能高效的提高语音信号，用以识别。所以语音增强这一技术在此刻便扮演着重要的角色。

通常把原始信号从混有噪声的语音信号中分离出来，就是语音增强的内容。但是，生活中的噪声一般都带有随机性，通过技术从混合后的语音中提取出原始语音这是非常有挑战性的。因此，语音增强的目的就在于：一是为了提高语音的质量，有效而更加可靠的消除噪音^‎‎[29]。二是为了提高语音的易懂度，使听者更加容易理解其内容。但其二者不同同时兼得，总会有一方面受到限制。例如，对低信噪比的语音进行增强处理，虽提高语音的质量，使噪声有效减小，但并不能有效的提高语音的易懂度，有时还有可能处于下降趋势。

现阶段，语音增强技术已广泛使用于各种重要领域，例如，无线通信，场景录音，电话会议等等。此技术无论在日常的生活中，还是在信号处理技术中都有很高的应用价值。所以研究语音增强技术及其算法有较高的价值。

1.2 语音增强技术及其发展现状

20世纪70年代左右，语音增强技术刚开始崭露头角。且随着当时信号处理技术发展成熟，这就为后来的语音增强的发展奠定了一定的基础。从最初的1978年，Lim和Oppenheim weiner提出的滤波法‎^[4]，1979年，Boll提出了谱相减方法来抑制噪声^[4] ,再到1984年，Ephraim和Malah提出使用MMSE短时谱幅度估计语音增强的方法^‎[‎[23]等。从刚开始提出的滤波法，而后提出的谱减法。以及后来提出的一系列改进语音增强技术的方法，都是语音增强在技术上有了显著的提高。随着至今，语音增强技术发展的越来越迅速，其中的方法也是数不胜数。

常用的语音增强算法有：谱减法、小波分析、Wiener滤波法等。语音增强算法可分为两大类^‎[1]：一是单通道语音增强算法，二是多通道语音增强算法^‎[3]。

1.3 主要研究内容

本文主要对语音增强,减小噪声的方法做深入的探索，尤其是谱减法语音增强技术。首先需要掌握一般常用的语音增强方法，熟悉单通道谱减法公式的推导，而后能从滤波器的角度着重研究谱减法的原理及算法的实现。了解语音处理中语音增强性能的若干标准，并对现有语音增强方法做比较‎^[11]。研究掌握谱减降噪法的详细过程及其改进方法，并对通过实验仿真得出结果。随后对实验的结果进行处理加分析，从中得到对在不同方法下处理语音信号对其降噪性能做全面的分析。

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