低信噪比條件下的語音增強算法研究

趙翠霞 趙玉霞 崔路遙

【摘要】 針對低信噪比條件下，譜減算法在話音增強方面存在著音樂噪聲問題和低清晰度問題，本文提出了基于倒譜距離和譜減算法的話音增強算法。該算法不僅使用倒譜距離來區(qū)分話音段與噪音段，而且還根據(jù)噪聲幀與當前幀的倒譜距離來動態(tài)地調整功率因子和噪聲因子，此外其還使用三種辦法來進一步地消除音樂噪聲。仿真表明本文所提算法能夠有效地抑制噪聲，提高信噪比和話音的清晰度，實現(xiàn)話音增強的目的。

【關鍵字】 倒譜距離 譜減 話音增強

一、引言

在實際應用環(huán)境中，話音總會收到各種噪音的干擾，而這種帶噪話音會影響話音的使用。為了從帶噪話音中還原出原始話音，人們提出了各種各樣的話音增強算法。而譜減算法、VAD算法、維納濾波算法等是最常用的話音增強算法[1]。其中，譜減算法具有復雜度低、實現(xiàn)簡單等特點而得到了廣泛地使用。但是，在低信噪比條件下，譜減算法存在著音樂噪聲問題和低清晰度問題，從而限制了其應用[2]。針對譜減算法的問題，本文提出了基于倒譜距離和譜減算法的話音增強算法（Speech Enhancement based on Cepstral Distance and Spectral Subtraction method，SECDSSM）。

二、相關理論介紹

2.1 譜減算法

（4）消減音樂噪聲。譜減后的信號中帶有少量的音樂噪聲，為了提升語音信號的質量，必須消減音樂噪聲。之所以叫音樂噪聲，這是因為，譜減后的語音信號中含有未被消除的噪聲，并且該噪聲的頻譜含有隨機的尖峰，聽起來像有節(jié)奏的音樂，所以叫作音樂噪聲。為了消減音樂噪聲，SECDSSM算法使用了以下三種方法來消減音樂噪聲：

1）使用相鄰三幀的均值來替換譜減前的信號頻譜，已達到消除噪音毛刺以及保持信號連續(xù)的目的；2）使用相鄰幀的最小值替換譜減后的語音信號的頻譜，以消除頻譜中的突變點；3）使用濾波器抑制譜減后信號中的音樂噪聲。

四、仿真分析

為了驗證SECDSSM算法的性能，本文所采用的仿真環(huán)境：原始語音信號是在靜室中進行采集，而采樣頻率和采樣精度分別為8kHz和16bit，同時原始語音與噪聲的信噪比為-5dB，此外，利用漢明窗來對加噪后的語音進行分幀，其中幀長與幀移分別為256點和128點。

五、結論

針對譜減算法在話音增強方面存在的音樂噪聲問題和低清晰度問題，本文提出了SECDSSM算法。SECDSSM算法不僅使用倒譜距離來區(qū)分話音段與噪音段，而且還根據(jù)噪聲幀與當前幀的倒譜距離來動態(tài)地調整功率因子α和噪聲因子β，此外其還使用三種辦法來進一步地消除音樂噪聲，從而有效地抑制了噪聲，提高了信噪比和話音的清晰度，實現(xiàn)了話音增強的目的。

參 考 文 獻

[1] Loizou P C. Speech enhancement： theory and practice[M]. CRC press， 2013.

[2]鄧利娜. 語音降噪技術的研究與實現(xiàn)[D]. 成都： 電子科技大學， 2011.