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麦克风阵列语音增强技术研究

作　者: 王文杰
导　师: 王霞
学　校: 河北工业大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 语音增强 波束形成 麦克风阵列 子空间 小波阈值
分类号: TN912.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着数字信号处理理论和应用电子技术的不断发展,语音电子降噪系统在人们的生活中得到了越来越多的应用。在许多实际应用环境中,例如车载电话、视频会议等场合中,不仅存在环境噪声,而且还有回声和混响,这时传统的单通道语音增强方法的去噪效果往往不能够满足实际需求。因此人们提出了多通道语音增强方法,麦克风阵列成为了其中重要的组成部分。麦克风阵列语音增强主要有时延估计和波束形成两大核心技术,本文主要针对波束形成方法中的后置滤波波束形成法进行了相关研究。因为语音增强的方法多种多样,选择效果好并适合与麦克风阵列相结合的增强方法可以大大提高语音增强的效果。后置滤波波束形成法包括延时—求和波束形成器和后置滤波器两部分。后置滤波器的滤波方法直接影响滤波的效果,因此改进传统的后置滤波算法或设计一种新的增强算法对于提高麦克风阵列语音降噪系统的去噪能力有着直接的效果。本文采用了子空间方法与小波阈值法相结合的后置滤波方法,对麦克风阵列所采集的信号进行后置处理,对相关算法进行了改进和仿真,并对所得到的结果进行了分析。在子空间部分,本文使用了基于频域的特征值分解法来实现语音的增强,对其中噪声的估计采用最小统计噪声估计法代替传统的VAD检测噪声估计法,这样能够更好的对噪声进行估计,从而为带噪语音信号的分解提供更准确的依据。对于小波阈值去噪部分,本文通过对小波分析中各小波函数性质的分析,经过大量比较最终选定了适合于语音增强的db小波系中的db6小波作为小波分解的小波基函数。对阈值函数的设定采用了一种结合软、硬阈值函数的折中阈值函数,这样在吸收两者的优点的同时,也一定程度上克服了两者的缺点。经过仿真实验证明,本文所设计的语音增强方法结合了子空间法在低信噪比情况下提高信噪比的优点和小波阈值法在去相关性方面的优点。与传统的后置滤波方法相比本文设计的后置滤波算法能够更好的实现后置滤波的功能,使得基于麦克风阵列的后置滤波波束形成法能够达到更好的去噪效果。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  §1-1 语音增强的背景介绍  9
  §1-2 语音和噪声的特性  9-10
    1-2-1 语音的特性  9-10
    1-2-2 噪声特性  10
  §1-3 麦克风阵列的研究历史  10-11
  §1-4 语音质量的评价  11-13
    1-4-1 语音质量的主观评价  11-12
    1-4-2 语音质量的客观评价  12-13
  §1-5 本论文主要工作  13-14
第二章 麦克风阵列语音增强概述  14-22
  §2-1 麦克风阵列语音增强算法简介  14-20
    2-1-1 固定波束形成  14-15
    2-1-2 自适应波束形成  15-18
    2-1-3 后置滤波器波束形成  18-20
  §2-2 麦克风阵列语音增强系统  20-22
    2-2-1 后置算法的设计  20-22
第三章 子空间法语音增强  22-31
  §3-1 子空间语音增强方法概述  22
  §3-2 奇异值分解与特征值分解  22-31
    3-2-1 奇异值分解的特征  23
    3-2-2 基于特征值分解的子空间语音增强算法原理  23-26
    3-2-3 本文对子空间方法的改进  26-27
    3-2-4 实验及仿真  27-31
第四章 小波法语音增强  31-46
  §4-1 小波理论简介  31-38
    4-1-1 连续小波变换及重构  31-32
    4-1-2 离散小波变换及重构  32-33
    4-1-3 几种常用的小波基选取  33-38
  §4-2 小波阈值语音去噪方法  38-41
    4-2-1 阈值函数的选取  40-41
    4-2-2 阈值的选取  41
  §4-3 改进的小波变换方法  41-46
    4-3-1 小波部分程序流程图  43
    4-3-2 实验及仿真  43-46
第五章 后置增强算法仿真及评价  46-50
  §5-1 后置语音增强方法的设计  46-50
    5-1-1 实验仿真  47-48
    5-1-2 语音质量评价  48-49
    5-1-3 小结  49-50
第六章 总结与展望  50-51
  §6-1 总结  50
  §6-2 进一步的工作  50-51
参考文献  51-54
致谢  54-55
攻读学位期间所取得的相关科研成果  55

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理 > 语音增强
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