基于Matlab的谱减法语音增强的研究

【摘要】在实际应用中，待分析的语音信号一般是被噪声污染的语音，很大程度上影响了语音处理系统的性能。为此，需要我们对带噪语音进行语音增强处理，抑制噪声，恢复纯净语音。本文就谱减法对带噪语音进行处理，并利用matlab行仿真，验证了谱减法的语音增强的效果。

【关键词】Matlab;语音增强;谱减法

1.引言

研究语音增强技术在实际中有重要价值。目前，语音增强己在很多方面得到广泛的应用，例如语音处理系统、通信、多媒体技术、数字化家电等领域。语音增强的一个主要目标，就是从带噪语音信号中提取尽可能纯净的原始语音。根据与输入语音信号的关系，噪声可分为加性噪声和非加性噪声两类。对某些非加性噪声而言，可以通过一定的变换转换成加性噪声。非加性噪声主要是残响和传送网络的电路噪声等。加性噪声通常分为宽带噪声、冲激噪声、语音干扰噪声、周期噪声等[1]。

2.谱减法基本原理

谱减法的基本思想是在假定加性噪声与短时平稳的语言信号相互独立的情况下，从带噪语音的功率谱中减去噪声功率谱，从而得到较为纯净的语音频谱[2]。如果设s（t）为纯净语音，n（t）为噪声信号，y（t）为带噪语音信号[3]，则有：

y（t）=s（t）+n（t） （2-1）

用Y（）、S（）、N（）分别表示y（t）、s（t）、n（t）的傅里叶变换，则可得

Y（）=S（）+N（） （2-2）

由于假定语音信号与加性噪声是相互独立的，则可以得到：

（2-3）

如果用、、分别表示y（t）、s（t）和n（t）的功率谱，则有：

=+ （2-4）

而由于平稳噪声的功率谱在发声前和发声期间可以认为基本没有变化，这样可以通过发声前的所谓“寂静段”来估计噪声的功率谱，从而有：

=- （2-5）

图1 谱减法语音增强的基本原理图

图2 仿真图

这样减出来的功率谱即可认为是较为纯净的语音功率谱，然后，从这个功率谱可以恢复降噪后的语音时域信号[4]。在具体运算时，为防止出现负功率谱的情况，减谱时当<时，令=0，即完整的减谱运算公式如下：

=- ≥

0 < （2-6）

谱减法语音增强技术的基本原理如图1所示。

3.实验仿真结果

原始语音受噪声的污染，成了带噪语音，经谱减法语音的增强方法。利用matlab对其程序[5]进行仿真处理，语音得到了一定的恢复，仿真图如图2所示。

4.结语

基于Matlab的谱减法对带噪语音的语音增强效果很明显，但没有完全的恢复原始语音，这就需要我们继续努力，进一步改进谱减法，或者研究出更好的方法消除噪声，增强原始语音。

参考文献

[1]易克初，等.语音信号处理[M].北京：国防工业出版社，1993.

[2]杨行峻，迟惠生.语音信号数字处理[M].北京：电子工业出版社，2010.

[3]赵力.语音信号处理[M].北京：机械工业出版社， 2009.

[4]陈永彬.数字信号处理[M].南京：南京工业出版社， 1987.

[5]张雪英.数字语音处理[M].北京：电子工业出版社， 2010.

作者简介：吴亚琴（1987―），女，湖北广水人，硕士，武汉纺织大学电子与电气工程学院2012级物理电子学专业硕士研究生。