專利名稱：語音中噪聲的消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理尤其是語音信號處理領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明涉 及一種語音信號中的噪聲消除方法，也稱語音增強(qiáng)方法。
背景技術(shù)：
語音中噪聲的消除方法也稱語音增強(qiáng)方法，屬于一種選擇性的處理技 術(shù)，其目的在于從受到噪聲污染的信號中，提取出純凈的原始語音信號，提高語音的清晰度 和可懂度，可廣泛應(yīng)用于語音偵聽、語音通信、語音助聽、視頻會(huì)議等需要改善語音質(zhì)量的 地方。另外，在語音的其它重要應(yīng)用上，如語音識(shí)別、聲紋認(rèn)證等，通常由于背景噪聲的影響 而遲遲不能廣泛進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域，嚴(yán)重阻礙這些技術(shù)的使用，通過合理的使用噪聲消除 技術(shù)，可將語音信號從被污染的含噪語音信號中盡可能好的提取出來，可大幅改善語音識(shí) 別和聲紋認(rèn)證系統(tǒng)的性能。由于語音增強(qiáng)方法在實(shí)際中的重要性，一直是國際上的一個(gè)熱 點(diǎn)研究方向。語音增強(qiáng)技術(shù)按拾取語音信號的通道數(shù)分類，可分為單通道語音增強(qiáng)技術(shù)和多通 道語音增強(qiáng)技術(shù)，多通道語音增強(qiáng)系統(tǒng)通常需要2個(gè)以上的麥克風(fēng)，形成麥克風(fēng)陣列，通過 波束形成、后濾波等處理手段來消除語音信號中的背景噪聲，由于其不僅可獲取語音信號 的時(shí)域信息和頻域信息，而且可以獲取語音信號的空間信息，通常可以得到更佳的效果。單 通道語音增強(qiáng)系統(tǒng)僅使用一個(gè)麥克風(fēng)，硬件資源要求低，算法復(fù)雜度也相應(yīng)較低，易于實(shí) 現(xiàn)，且應(yīng)用范圍更加廣泛，本發(fā)明屬于單通道語音增強(qiáng)方法。典型的單通道語音增強(qiáng)系統(tǒng)包括如下步驟1)對含噪的語音信號y做分幀、加窗處理；2)變換到頻率域Y(Q)；3)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)；4)增益器設(shè)計(jì)及含噪信號處理；5)將處理后信號反變換回時(shí)域？。6)使用重疊相加法得到增強(qiáng)后信號；步驟3)中估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)方法。可直接選取開始處的靜音段作為噪聲 幀提取相應(yīng)的噪聲統(tǒng)計(jì)特征，也可通過實(shí)時(shí)的語音活動(dòng)性檢測技術(shù)，跟蹤當(dāng)前語音幀是噪 聲幀還是語音幀，如果是噪聲幀則更新噪聲統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，否則繼續(xù)跟蹤下一幀。得到的噪 聲譜用Pnn⑴)表示。步驟4)的增益器設(shè)計(jì)，眾多單通道語音增強(qiáng)方法中，通常最大的差別即在于此， 比較典型的基于匪SE準(zhǔn)則的維納濾波增益器為 這種方法在實(shí)際中使用廣泛，且在噪聲符合平穩(wěn)條件時(shí)可得到較好的結(jié)果，然而 該方法還有不足之處。主要包括以下幾個(gè)方面1)在非平穩(wěn)噪聲環(huán)境下，選取開始處的無聲段作為噪聲幀，通常不能準(zhǔn)確得到后繼噪聲的統(tǒng)計(jì)特征，若使用語音活動(dòng)性檢測方法，不 僅實(shí)現(xiàn)難度較大，而且在非平穩(wěn)環(huán)境下很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的檢測；2)增益器使用的是線性增益 器，無論在有聲段還是在無聲段均使用同一比例的增益，顯然是不合理的，因?yàn)樵谛旁氡容^ 高情況下，過分去除噪聲反而會(huì)造成語音信號本身信息的損失，而在信噪比較低情況下又 會(huì)殘留較多噪聲，這也正是線性增益器會(huì)造成較強(qiáng)的“音樂噪聲”的原因。因此，需要一種 更加合理的噪聲特征跟蹤算法，和更加合理的增益器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種更加合理的、能夠?qū)崟r(shí)跟蹤噪聲的方法，使得語音增 強(qiáng)系統(tǒng)能夠在非平穩(wěn)的噪聲環(huán)境下工作，并且設(shè)計(jì)一種更加有效的增益器，盡可能的避免 損傷語音，且盡可能的消除殘留噪聲，以彌補(bǔ)線性增益器損傷語音和殘留噪聲的缺點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)內(nèi)容包括如下步驟1)對含噪的語音信號y做分幀、加窗處理；2)變換到頻率域Y(Q)；3)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)；4)增益器設(shè)計(jì)及含噪信號處理；5)將處理后信號反變換回時(shí)域？。6)使用重疊相加法得到增強(qiáng)后信號；其中，步驟3)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)包括如下步驟a)計(jì)算當(dāng)前幀信號功率譜，使用前一幀的估計(jì)噪聲譜，通過平滑方法，估計(jì)當(dāng)前噪 聲譜，其跟蹤速度可通過平滑系數(shù)調(diào)節(jié)；b)利用a)中得到的信號功率譜和噪聲譜，計(jì)算先驗(yàn)信噪比；c)使用前一幀的估計(jì)信噪比，通過平滑方法，估計(jì)當(dāng)前幀的后驗(yàn)信噪比，其跟蹤速 度可通過平滑系數(shù)調(diào)節(jié)；其中，步驟4)增益設(shè)計(jì)及含噪信號處理步驟包括如下步驟a)選擇語音的統(tǒng)計(jì)模型，使用參數(shù)化方法，為語音數(shù)據(jù)建模；b)基于準(zhǔn)則匪SE，再利用步驟3)中得到的估計(jì)噪聲譜、先驗(yàn)信噪比、后驗(yàn)信噪比 得到增益器G(Q)； c)利用公式
得到估計(jì)的語音譜；由于本發(fā)明實(shí)時(shí)跟蹤噪聲譜、先驗(yàn)信噪比、后驗(yàn)信噪比的變化，所以能夠更加準(zhǔn)確 的獲得當(dāng)前信號幀的噪聲統(tǒng)計(jì)特征，適用于更加復(fù)雜的非平穩(wěn)噪聲的環(huán)境，且使用了基于 統(tǒng)計(jì)的方法對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，獲得非線性的增益器參數(shù)，能夠在去除更多噪聲的同時(shí) 而避免過多的損傷語音。


圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的語音增強(qiáng)系統(tǒng)的方框圖；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
對當(dāng)前幀的語音信號x(t) = s(t)+n(t)做加窗處理，并做FFT變換，得到信號頻 域形式
(3)其中，窗函數(shù)h(t)可以為hamming窗或harming窗；幀長可選擇10 口 30ms。使用前一幀估計(jì)的信息，噪聲譜Np (k)，和信號譜，估計(jì)當(dāng)前幀噪聲譜 計(jì)算當(dāng)前幀的先驗(yàn)信噪比
(5)利用前一幀的后驗(yàn)信噪比，計(jì)算當(dāng)前幀的后驗(yàn)信噪比
(6)當(dāng)前噪聲統(tǒng)計(jì)信息估計(jì)完成后，即可提供給增益器使用。本發(fā)明的增益器設(shè)計(jì)屬于參數(shù)化的最優(yōu)估計(jì)問題。需估計(jì)的信號頻域形式為
(7)為簡便記，下面隱含頻率表示k，上式右側(cè)可展開為
(8)
依據(jù)貝葉斯理論，可得到 其中p( □)代表概率密度函數(shù)。若以超高斯模型對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，可以選用 拉普拉斯概率密度函數(shù)或伽馬概率密度函數(shù)，分別如下
(11)這里的o 3表示語音信號的方差，以拉普拉斯概率函數(shù)為例，設(shè)
(12)其中n為信號的后驗(yàn)信噪比，根據(jù)最優(yōu)匪SE準(zhǔn)則，使得五卩-幻最小，可得
權(quán)利要求
語音中噪聲的消除方法，用于提取出被噪聲污染的語音信號，包括如下步驟1)對被污染的含噪語音信號做分幀、加窗處理；2)變換到頻率域，得到頻域內(nèi)的語音信號；3)實(shí)時(shí)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)；4)依據(jù)統(tǒng)計(jì)模型方法和估計(jì)的噪聲統(tǒng)計(jì)特性設(shè)計(jì)增益器；5)對頻域的語音信號做增益處理，反變換為時(shí)域信號；6)通過重疊相加法得到完整的語音信號。
2.根據(jù)權(quán)力要求1中實(shí)時(shí)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，其特征在于步驟3)，包括1)計(jì)算本幀語音信號的頻譜；2)根據(jù)前一幀估計(jì)的噪聲譜，計(jì)算先驗(yàn)信噪比；3)根據(jù)計(jì)算的先驗(yàn)信噪比和前一幀估計(jì)的噪聲譜，做平滑處理，估計(jì)當(dāng)前幀的噪聲譜 和后驗(yàn)信噪比；4)將估計(jì)的參數(shù)傳給增益器。
3.根據(jù)權(quán)力要求1中所述的依據(jù)統(tǒng)計(jì)模型方法和估計(jì)的噪聲統(tǒng)計(jì)特性設(shè)計(jì)增益器，其 特征在于步驟4，包括1)選取統(tǒng)計(jì)模型方法，和最優(yōu)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出增益器；2)通過權(quán)力要求1中的步驟3)所估計(jì)的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，對頻域內(nèi)的語音信號做增益處 理，得到消噪后的頻域內(nèi)語音信號；
全文摘要
本發(fā)明是一種用于語音中噪聲的消除方法，用于提取出被噪聲污染的語音信號，可廣泛應(yīng)用于語音通信、輔助聽力、語音識(shí)別和聲紋認(rèn)證的前端處理。步驟包括1)對被污染的含噪語音信號做分幀、加窗處理；2)變換到頻率域，得到頻域內(nèi)的語音信號；3)實(shí)時(shí)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)；4)依據(jù)統(tǒng)計(jì)模型方法和估計(jì)的噪聲統(tǒng)計(jì)特性設(shè)計(jì)增益器；5)對頻域的語音信號做增益處理，反變換為時(shí)域信號；6)重疊相加得到最終降噪信號。由于本發(fā)明實(shí)時(shí)估計(jì)噪聲的統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)，并且利用語音統(tǒng)計(jì)模型方法，使得消除大量噪聲的同時(shí)，又盡可能的避免了對語音信號的損傷，具有更好的消噪效果。
文檔編號G10L21/02GK101853665SQ20091008708
公開日2010年10月6日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:博石金(北京)信息技術(shù)有限公司