西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 崔 旭

基于多窗譜估計(jì)的改進(jìn)的維納濾波語(yǔ)音增強(qiáng)算法

西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 崔 旭

針對(duì)語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)(VAD)噪聲譜估計(jì)的算法在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中（噪聲譜不斷的變化）難以取得理想的效果，很容易對(duì)噪聲譜的估計(jì)偏小或者偏大的問(wèn)題，本文提出基于改進(jìn)的最小控制的遞歸平均算法(The improved minimum control recursion average，簡(jiǎn)稱IMCRA)用來(lái)進(jìn)行的噪聲譜估計(jì)，與多窗譜的維納濾波相結(jié)合的算法。該算法先將帶噪語(yǔ)音進(jìn)行多窗譜估計(jì)，然后用小波閾值技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)譜估計(jì)，從而得到相應(yīng)頻點(diǎn)處的先驗(yàn)信噪比，最后通過(guò)計(jì)算增益，得出增強(qiáng)的語(yǔ)音信號(hào)。通過(guò)仿真結(jié)果表明：在不同的背景噪聲下，本文的算法和使用VAD，MCRA，Martin最小值跟蹤作為噪聲估算的語(yǔ)音增強(qiáng)算法相比，該算法能獲得更好的語(yǔ)音增強(qiáng)信號(hào)。

語(yǔ)音活動(dòng)檢測(cè)；IMCRA；維納濾波；多窗譜估計(jì)

1 引言

語(yǔ)音增強(qiáng)是語(yǔ)音信號(hào)處理中的關(guān)鍵步驟，在日常生活中，語(yǔ)音很容易被噪聲所污染，使得語(yǔ)音質(zhì)量下降，隨著人們對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的要求逐步提高，越來(lái)越多的語(yǔ)音增強(qiáng)算法被學(xué)者提了出來(lái)。

目前減噪的方法有：多頻帶譜減法[1]、小波和子空間[2]、維納濾波[3]、MMSE等。在語(yǔ)音增強(qiáng)過(guò)程中，我們都是假設(shè)能夠得到噪聲譜的估計(jì)，常見(jiàn)的噪聲估計(jì)算法有VAD、Martin最小值跟蹤算法、MCRA算法、IMCRA算法等。其中，VAD算法在高度不平穩(wěn)的環(huán)境下，難以取得比較理想的效果。Martin的最小值跟蹤和MCRA算法和IMCRA算法會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的延遲。我們能做的就是盡量的減少引入的延遲。

2 維納濾波和IMCRA原理

2.1 維納濾波原理

其中ωk是對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)。對(duì)頻率點(diǎn)的ωk的增益函數(shù)g(k)可以表示為：

有了增益函數(shù)g(k)，計(jì)算增強(qiáng)的信號(hào)譜：

2.2 IMCRA算法原理

Cohen首先提出IMCRA6:帶噪語(yǔ)音功率譜密度的平滑估計(jì)：

其次，對(duì)那些基本上已經(jīng)判定為噪聲的那些頻率分量，經(jīng)行第二次平滑：

為了最小化語(yǔ)音失真，對(duì)噪聲估計(jì)引入一個(gè)偏差補(bǔ)償因子β：

根據(jù)文獻(xiàn)驗(yàn)證，我們將β定為1.50。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

本次仿真實(shí)驗(yàn)中，選取的語(yǔ)音來(lái)自NOIZEU，噪聲來(lái)自Noisex-92噪聲庫(kù)，信噪比分別是0dB、5dB、10dB、15dB的babble、airport、restaurant、和street噪聲的帶噪語(yǔ)音信號(hào)。對(duì)比分析的對(duì)象是傳統(tǒng)維納濾波法分別基于VAD噪聲股計(jì)算、Martin最小值跟蹤、MCRA噪聲估算以及本文的多窗譜估計(jì)的維納濾波基于IMCRA噪聲估算的語(yǔ)音增強(qiáng)算法。下面分別用VAD、Martin、MCRA、IMCRA表示

在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們繼續(xù)求增強(qiáng)后的語(yǔ)音的分段信噪比[8]，定義如下：

圖3 不同噪聲環(huán)境下的SNRseg比較

由上面的四幅圖可以清晰的看出，(1)、(2)可以看出本文的算法要比其他三種算法增強(qiáng)效果更好，尤其是在低信噪比下。

4 結(jié)論

本文是基于多窗譜估計(jì)的改進(jìn)維納濾波算法，結(jié)合小于閾值，優(yōu)化譜估計(jì)。通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)表明，本文的算法在提高信噪比方面，相比于其他的算法，有了一定的提高，減少了‘音樂(lè)噪聲’，提高語(yǔ)音清晰度。

[1]萬(wàn)義龍,張?zhí)扃?王志朝等.基于多頻帶譜減法的抗噪聲語(yǔ)音識(shí)別研究[J].電視技術(shù),2013,37(23):183-187.

[2]吳昊,魯周迅.Symlets小波和子空間聯(lián)合增強(qiáng)下的語(yǔ)音識(shí)別[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2011,47(5):141-145.

[3]白文雅,黃建群,陳智憐.基于維納濾波語(yǔ)音增強(qiáng)算法的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)[J].語(yǔ)音技術(shù),2007,31(1):44-46+50.

崔旭（1991—），男，江蘇揚(yáng)州人，西安郵電大學(xué)碩士在讀、研究方向：語(yǔ)音信號(hào)處理。