張連俊 朱金如
語(yǔ)音增強(qiáng)的目的可分為:一是降低噪聲的干擾,提高信噪比,使聽(tīng)者容易識(shí)別出說(shuō)者所說(shuō)的內(nèi)容,這是對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的一種主觀評(píng)價(jià);二是提高語(yǔ)音的可懂度,使聽(tīng)者容易明白,這是對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的一種客觀評(píng)價(jià)。本文采用譜減法與小波相結(jié)合的方法對(duì)語(yǔ)音增強(qiáng)。
譜減法可分為:根據(jù)幅度進(jìn)行抑制噪聲的方法,稱為幅度譜減法;根據(jù)功率進(jìn)行抑制噪聲的方法,稱為功率譜減法,本文主要采用功率譜減法。
假設(shè)純凈的語(yǔ)音信號(hào)為s(n),噪聲信號(hào)為d(n),帶噪語(yǔ)音為y(n),語(yǔ)音信號(hào)為平穩(wěn)信號(hào),同時(shí)噪聲信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)為加性信號(hào),并且d(n)和y(n)不相關(guān),滿足
其中N 為信號(hào)長(zhǎng)度,0≤n≤N-1。根據(jù)幅度譜減法的工作原理,需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗處理,經(jīng)過(guò)加窗處理后,帶噪語(yǔ)音y(n)在時(shí)域內(nèi)可以表示為若語(yǔ)音信號(hào)和噪聲信號(hào)具有不相關(guān)性,則帶噪語(yǔ)音信號(hào)的功率譜可用式(3)表示
原始語(yǔ)音的功率譜估值可以用式(4)所表示
其中|Dw(w)|2是在無(wú)語(yǔ)音段估計(jì)而來(lái)。功率譜減法的原理如圖1。
圖1 功率譜減法原理圖
譜減法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音增強(qiáng)需要在頻域內(nèi)用帶噪語(yǔ)音的短時(shí)功率譜減去相應(yīng)的噪聲譜,因此譜減法具有一定的優(yōu)點(diǎn),即算法簡(jiǎn)單。由于減去噪聲譜后得到的增強(qiáng)后的語(yǔ)音會(huì)存在一些功率譜分量的殘余部分,使其在頻域上會(huì)出現(xiàn)一些尖峰,這些尖峰相應(yīng)的就會(huì)在時(shí)域上顯示出類似于正弦信號(hào)的疊加,這種殘留噪聲類似于“音樂(lè)”,也稱為“音樂(lè)噪聲”,因此譜減法具有一定的缺點(diǎn),即具有音樂(lè)噪聲。
小波變換法是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種時(shí)頻域局部分析方法,在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率,在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率,能夠?qū)⑿盘?hào)在多尺度多分辨率上進(jìn)行小波分解,各尺度上分解得到的小波系數(shù)代表信號(hào)在不同分辨率上的信息,比較適合分析非平穩(wěn)信號(hào),小波去噪原理圖,如圖2。
圖2 小波變換去噪
根據(jù)譜減法原理,在語(yǔ)音增強(qiáng)時(shí)先讀入一段語(yǔ)音,并給語(yǔ)音加入隨機(jī)白噪聲,再對(duì)其進(jìn)行譜減法運(yùn)算,得到增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)。仿真結(jié)果看出,使用譜減法對(duì)帶噪語(yǔ)音進(jìn)行增強(qiáng)后,可去除一些明顯的噪聲信號(hào),但仍存在一些殘留噪聲。
使用小波進(jìn)行語(yǔ)音增強(qiáng),使用的小波函數(shù)為‘db6’,并利用函數(shù)wavedec 對(duì)信號(hào)進(jìn)行3 層分解;利用函數(shù)wnoisest 對(duì)其進(jìn)行估計(jì)得到噪聲標(biāo)準(zhǔn)偏差;利用函數(shù)wbmpen 獲得消噪過(guò)程中的閾值;利用函數(shù)wdencmp 對(duì)信號(hào)進(jìn)行增強(qiáng)處理。以上流程操作以后,得到比較平滑的增強(qiáng)信號(hào),失真比較小。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將譜減法處理后的語(yǔ)音,再進(jìn)行小波增強(qiáng)后的語(yǔ)音效果更好,可以克服兩者的不足,仿真結(jié)果如圖3。
圖3 語(yǔ)音增強(qiáng)的Matlab 仿真
仿真結(jié)果可顯示譜減法對(duì)帶噪語(yǔ)音進(jìn)行增強(qiáng)后,去除了一些明顯的噪聲信號(hào),但也存在一些殘留噪聲,再小波增強(qiáng)后得到比較平滑的信號(hào),同時(shí)使一些語(yǔ)音的尖峰點(diǎn)消除。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)將譜減法處理后的語(yǔ)音,再進(jìn)行小波增強(qiáng),得到的語(yǔ)音效果更好。