基于Matlab 的語(yǔ)音增強(qiáng)處理的研究

張連俊 朱金如

0 引言

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)。

1 語(yǔ)音增強(qiáng)的算法

.11 譜減法

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。

1.2 小波變換法

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

2 結(jié)論

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。