關(guān)于語音增強算法技術(shù)及其DSP實現(xiàn)的研究

周偉+彭天偉

摘要：各類語音信號在現(xiàn)代社會的應(yīng)用十分廣泛，包括軍事通信以及普通的民間應(yīng)用等等，在實驗室環(huán)境下，研究人員可以通過技術(shù)手段營造無干擾或者信噪比很高的環(huán)境，語音信號的傳播效果十分良好，但在實際應(yīng)用中，通信效果受到很多原因干擾，性能下降明顯，語音增強技術(shù)即是設(shè)法在含有噪聲的語音中將較為純凈的語音提取出來，本文淺析語音增強技術(shù)以及其在DSP中的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：語音增強技術(shù)；DSP；實現(xiàn)

中圖分類號：TN912.35 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）06-0134-01

目前的語音增強技術(shù)有噪聲對消法、諧波增強法等，從增強語音質(zhì)量和降低噪聲干擾兩個方面設(shè)法增強語音，但由于各類噪聲和干擾的來源難以預(yù)判，而且即便了解干擾源也難以做到清除，給語音通信等帶來了很大的困擾。如何增強語音并將其在DSP中實現(xiàn)是業(yè)界面臨的一個重要問題。

1 常見的語音干擾

（1）周期性噪聲。周期性噪聲是指噪聲影響帶有一定的周期性，比如電氣方面產(chǎn)生的干擾，由于語音通信往往和電氣的工作密不可分，這種干擾通常是持續(xù)的，類似于小型發(fā)電機的工作噪聲、排氣扇的旋轉(zhuǎn)噪聲的，這類噪聲一般是離散的窄頻峰。（2）沖擊噪聲。沖擊噪聲通常是由外界引起，帶有一定的突發(fā)性，噪聲幅度的大小不一，但如果噪聲較大，靠提高信噪比就無法有效解決，包括機械類碰撞、電器的電火花、放電設(shè)備放電的噪聲等，沖擊噪聲是語音信號傳輸中影響較大的主要噪聲。（3）語音干擾。語音干擾是指外界帶來的語音形式的影響，比如語音信號傳輸過程中出現(xiàn)串音現(xiàn)象造成的干擾，或者語音輸入、生成端出現(xiàn)的語音干擾等，這種影響相對來說較少，而且有較為成熟的處理辦法[1]。（4）寬帶噪聲。與窄帶噪聲相對應(yīng)，寬帶噪聲是指能夠覆蓋整個語音頻帶或者大部分語音頻帶的噪聲，比如白噪聲、高斯噪聲等，由于這類噪聲往往是隨著語音傳輸工作進行而同時出現(xiàn)的，很難從根本上消除。

2 語音增強技術(shù)以及其在DSP中的實現(xiàn)

2.1 語音增強的基本算法

一般來說，語音信號和噪聲是混雜在一起的，因此要通過增強技術(shù)對純凈信號加以提取或者通過增強信號等辦法盡量降低噪聲的影響，基本算法無法充分考慮所有情況，只是一種理想狀態(tài)下的可行措施，即，假定語音信號和噪聲是相互獨立的，在此基礎(chǔ)上，以s（n）代表純凈的語音信號，以d（n）代表噪聲，并假定d（n）噪聲影響了s（n）純凈語音信號，形成了帶噪語音信號y（n），則傳輸語音信號y（n）的基本表達式為：

ym（n）=sm（n）+dm（n）

由于語音信號的分析需要按幀進行，以m代表幀的不同編號，n為時間序號，再以M代表語音信號的幀數(shù)，N代表每幀信號的長度，則m=0，1，···，M-1；n=0，1，···，N-1。以Y（w）代表帶噪語言，S（w）代表純凈語音，D（w）代表噪聲信號的能量譜，可以得到語音增強的基本公式：

S（w）=Y（w）-D（w）

以公式為基礎(chǔ)，可以尋求以濾波方法進行語音增強的工作。在濾波器的設(shè)計中，應(yīng)該保證濾波器進行工作的同時盡量不會干擾到純凈信號。通常來說，固定濾波器、傅立葉變換濾波器和自適應(yīng)濾波器都可以用于語音增強工作。

以自適應(yīng)濾波器為例，其工作原理是依賴某一固定準(zhǔn)則做為約束，設(shè)定參考信號，作為最佳估計，常用算法包括最陡下降法、最小均方誤差算法、遞推最小乘算法等，最小均方誤差算法的運算較為簡單，一般作為首選。以語音增強公式作為基礎(chǔ)，可以得到自適應(yīng)濾波算法的基本過程，即首先讀入帶噪語音y（n），并獲取帶噪語音的延時信號，進行初始化，之后帶入具體數(shù)據(jù)，計算濾波器的輸出，以及權(quán)系數(shù)更新方向的矢量，再將具體數(shù)值進行進一步運算，根據(jù)權(quán)值迭代表式計算收斂速率[2]。

2.2 語音增強技術(shù)在DSP中實現(xiàn)需注意的問題

（1）減小噪聲功率譜的誤差值。以自適應(yīng)濾波器進行語音增強工作，采取了最小噪聲估計法，由于估計值往往與實際值有一定差距，因此在實際處理中應(yīng)該設(shè)定一個參數(shù)作為對誤差的補償，通常來說，每隔64幀進行一次必要的修改，可以使噪聲的功率譜更為精確。（2）幀間重疊。在對語音信號進行處理時，可能出現(xiàn)信號中斷的問題，含噪信號、普通信號傳播時，也可能出現(xiàn)中斷的問題，造成語音信號傳輸質(zhì)量下降，通過對幀間信號進行重疊處理，可以使語音信號保持相對較好的連續(xù)性，每幀信號的192點、25點可以進行重疊，之后以語音增強設(shè)備、濾波技術(shù)等對語音信號進行加強，以此保證傳輸?shù)倪B續(xù)性，這一方法的優(yōu)勢是能夠局部增強語音信號的強度、清晰度，而且現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)，但問題是可能使信號之間出現(xiàn)相互干擾和噪聲重疊的問題。

3 結(jié)語

當(dāng)前社會各行業(yè)均會不同程度應(yīng)用到語音傳輸通信，軍事領(lǐng)域的遠程通話，景物人員的小型對講機，甚至普通民眾微信聊天等，這些語音通信會受到各類干擾，影響通話質(zhì)量，通過濾波設(shè)備和方法，可以有效降低噪聲對語音信號的影響，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，通過幀間重疊、減小功率譜誤差等方式，語音信號增強技術(shù)在DSP中可以得到實現(xiàn)。

參考文獻

[1]王瑜琳.強噪聲環(huán)境下的語音增強算法研究及其DSP實現(xiàn)[D].重慶大學(xué)，2013.

[2]盧志恒.語音增強技術(shù)研究及其DSP多路實時實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2009.endprint