民航VHF抗干擾收發(fā)信機(jī)中的語(yǔ)音靜噪技術(shù)研究

【摘要】語(yǔ)音靜噪實(shí)現(xiàn)的方法很多，本文主要研究“載波+音頻靜噪法”法，該方法結(jié)合了抗干擾算法中基于Goertzel算法的載頻估計(jì)方法以及常規(guī)基帶話(huà)音靜噪的不同特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)話(huà)音靜噪。利用基于Goertzel算法的載頻估計(jì)靜噪方法實(shí)現(xiàn)有無(wú)信號(hào)或話(huà)音質(zhì)量的好壞的識(shí)別和處理，而結(jié)合基帶話(huà)音靜噪可有效將有載波而無(wú)調(diào)制的信號(hào)識(shí)別出來(lái)，該方法不需對(duì)音頻信號(hào)作復(fù)雜的識(shí)別處理。通過(guò)話(huà)音靜噪處理，能夠?qū)崿F(xiàn)解調(diào)輸出話(huà)音自動(dòng)通斷，提高語(yǔ)音質(zhì)量等級(jí)。

【關(guān)鍵詞】話(huà)音靜噪Goertzel算法話(huà)音質(zhì)量等級(jí)

話(huà)音靜噪[1]是指在話(huà)音通信模式下當(dāng)接收端解調(diào)出的話(huà)音信號(hào)SINAD（信號(hào)一噪聲及失真比）很差時(shí)音頻輸出端能自動(dòng)關(guān)斷，以免噪音讓收聽(tīng)者難以忍受，這項(xiàng)功能在民航VHF地空通信中非常重要。如果話(huà)音靜噪問(wèn)題處理不好，就會(huì)出現(xiàn)話(huà)音時(shí)斷時(shí)續(xù)，或者在噪音很大、該關(guān)斷話(huà)音輸出的時(shí)候沒(méi)有關(guān)斷，或者在話(huà)音質(zhì)量還較好的情況下話(huà)音輸出就被關(guān)斷，達(dá)不到通信靈敏度的要求，極大影響地面管制人員與飛行員之間正常的話(huà)音通信。

目前國(guó)外VHF收發(fā)信機(jī)均具備話(huà)音靜噪處理功能，但不具備抗干擾功能。國(guó)內(nèi)天津市智能信號(hào)與圖像處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室率先開(kāi)展了抗干擾技術(shù)的研究，但還未結(jié)合抗干擾算法特點(diǎn)，提出有效話(huà)音靜噪處理算法，提高工程樣機(jī)的話(huà)音質(zhì)量等級(jí)。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有民航VHF抗干擾收發(fā)信機(jī)的特點(diǎn)，充分利用自適應(yīng)抗干擾算法中的采用的Goertzel算法，提出基于Goertzel算法[2]的載波+基于短時(shí)平均幅度差算法[3]的話(huà)音靜噪[3]法，實(shí)現(xiàn)解調(diào)輸出話(huà)音的自動(dòng)通斷。

1航空常規(guī)話(huà)音通信靜噪的處理方法

話(huà)音靜噪實(shí)現(xiàn)的方法很多，通常采用的方法有三種：

（1）音頻靜噪法

該方法是在解調(diào)輸出的基帶話(huà)音信號(hào)上統(tǒng)計(jì)噪聲特性來(lái)實(shí)現(xiàn)話(huà)音靜噪，其工作原理是：將解調(diào)出的話(huà)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域或頻域能量統(tǒng)計(jì)，根據(jù)噪音和語(yǔ)音不同的統(tǒng)計(jì)能量大小判斷是否關(guān)斷話(huà)音輸出。通常情況下，有話(huà)音時(shí)其統(tǒng)計(jì)值總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)話(huà)音時(shí)的統(tǒng)計(jì)值。在有信號(hào)但噪音較大時(shí)，只靠話(huà)音能量統(tǒng)計(jì)值是難以準(zhǔn)確判斷是否關(guān)斷話(huà)音，需借助語(yǔ)音識(shí)別算法，根據(jù)話(huà)音和噪音的不同特點(diǎn)來(lái)可靠準(zhǔn)確判斷是否關(guān)斷音頻輸出。

（2）載波靜噪法

該方法是在中頻載波上統(tǒng)計(jì)載波特性來(lái)實(shí)現(xiàn)話(huà)音靜噪，在有信號(hào)時(shí)，利用載波鎖相環(huán)或其他估頻技術(shù)提取載波。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)現(xiàn)不是很復(fù)雜，同時(shí)對(duì)有無(wú)信號(hào)或話(huà)音SIAND好壞很容易判別出來(lái)；其缺點(diǎn)在于對(duì)于有載波而無(wú)話(huà)音情況，該方法是不能識(shí)別出來(lái)的。

（3）音頻+載波靜噪法

該方法結(jié)合載波靜噪和基帶話(huà)音靜噪的不同特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)話(huà)音靜噪。其工作原理是：利用載波靜噪方法實(shí)現(xiàn)有無(wú)信號(hào)或話(huà)音質(zhì)量的好壞識(shí)別和處理，而結(jié)合基帶話(huà)音靜噪可有效將有載波而無(wú)調(diào)制的信號(hào)識(shí)別出來(lái)。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于吸取了前兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)不是很復(fù)雜，判斷也較為可靠；缺點(diǎn)是靜噪統(tǒng)計(jì)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，實(shí)時(shí)開(kāi)斷話(huà)音信號(hào)能力偏差。

2載波+音頻靜噪法的實(shí)現(xiàn)原理

（1）基于Goertzel的載頻估計(jì)算法

基于單通道的恒模干擾抑制的民航VHF抗干擾收發(fā)信機(jī)[4]采用Goertzel算法進(jìn)行載頻估計(jì)，為自適應(yīng)濾波器提供頻率初始值，該初始值也可作為載波靜噪的Goertzel算法利用旋轉(zhuǎn)因子WkN的周期性，將離散傅立葉變換（DFT）轉(zhuǎn)換為抽取濾波運(yùn)算，為了具有更好的遞推性，將其轉(zhuǎn)換為差分形式。

離散傅立葉變換公式：（10）

如上所述，當(dāng)輸出信號(hào)為噪聲信號(hào)時(shí)Fn（k）將會(huì)很大；對(duì)于單頻信號(hào)或者是直流信號(hào)Fn（k）=0或趨于0；當(dāng)輸出為語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，由于語(yǔ)音信號(hào)的準(zhǔn)周期性，而其短時(shí)平均幅度差函數(shù)的值介于噪聲信號(hào)和單頻信號(hào)短時(shí)平均幅度差函數(shù)值的中間。

（3）實(shí)現(xiàn)方案

考慮載頻估計(jì)值的波動(dòng)性，設(shè)置一靜噪門(mén)限。當(dāng)載頻估計(jì)值大于靜噪門(mén)限時(shí)，再判斷語(yǔ)音檢波輸出。語(yǔ)音

檢波輸出如超過(guò)某個(gè)門(mén)限則打開(kāi)話(huà)音輸出開(kāi)關(guān)，否則關(guān)斷話(huà)音輸出開(kāi)關(guān)，這樣就可有效地將只有載波而無(wú)信號(hào)情況識(shí)別出來(lái)并將話(huà)音輸出關(guān)斷，避免干擾噪音輸出。當(dāng)載頻估計(jì)值小于門(mén)限值時(shí)，直接關(guān)斷話(huà)音輸出。

載波+音頻靜噪法具體工作原理如圖2所示：

3載波+音頻靜噪法的仿真實(shí)現(xiàn)

設(shè)定設(shè)定閾值ΔfT=10，當(dāng)頻率誤差Δf≤ΔfT，且次數(shù)大于連續(xù)20次，認(rèn)為存在載波信號(hào)，靜噪開(kāi)關(guān)電平置1，然后選擇含有語(yǔ)音數(shù)據(jù)的支路進(jìn)入語(yǔ)音檢測(cè)單元，利用短時(shí)平均幅度差算法對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)音檢測(cè)，設(shè)置合理的靜噪門(mén)限，如圖3所示，其靜噪結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，本算法在存在語(yǔ)音信號(hào)時(shí)能夠打開(kāi)語(yǔ)音輸出開(kāi)關(guān)，當(dāng)不存在語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，可以有效地關(guān)斷語(yǔ)音輸出，達(dá)到靜噪的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]李燕斌. AM調(diào)制度判別原理及其在話(huà)音靜噪處理中的應(yīng)用.測(cè)控技術(shù)，vol.26.2007

[2]劉樹(shù)棠，黃建國(guó)譯.離散時(shí)間信號(hào)處理.西安：西安交通大學(xué)出版社，2001. 507-539

[3]李志軍，尹霞.基于A(yíng)CF和AMDF的基音檢測(cè)改進(jìn)算法.電聲技術(shù)，vol.36.2011

[4]吳仁彪，鐘倫瓏，胡鐵喬等.民航地空通信中單通道最優(yōu)恒模干擾抑制方法及其系統(tǒng).中國(guó)專(zhuān)利，200710059767.1，2011.5.12授權(quán)