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麦克风阵列语音增强技术的研究与实现

作　者: 刘鹍鹏
导　师: 殷福亮；陈喆
学　校: 大连理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 语音增强 麦克风阵列 语音激活检测 ADSP-BF533 仿真实现
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 285次
引　用: 2次
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内容摘要


语音增强技术就是抑制带噪语音信号中的噪声信号，以达到突出语音信号，使之变得更加清晰易懂。在车载电话、视频会议系统等应用场合中，不仅存在环境噪声，而且还有回声和混响问题，这时使用单通道语音增强方法就显得无能为力。为了解决上述场合下的语音增强问题，人们提出了多通道语音增强方法，即使用麦克风阵列进行语音增强。麦克风阵列是由天线阵列发展、衍变而来。由于麦克风阵列具有空间选择性，因此它能有效抑制除所需语音信号方向外的干扰噪声，进而可以取得明显的消噪效果。语音激活检测是麦克风阵列语音增强系统的一个重要组成部分，其准确性直接影响了语音增强的效果。本文研究了两种语音激活检测算法，基于Mel刻度短时能量差的语音激活检测和基于子带短时能量和过零率的语音激活检测。在Matlab上对两种算法进行仿真，并对其性能进行深入分析。另外，结合语音增强的基础知识，包括房间混响，声场模型，时延估计，本文还研究了固定波束形成，广义旁瓣消除器，自适应后置滤波波束形成算法。对不同算法消噪性能从不同角度进行详细分析，同时给出实验仿真结果。本文在ADSP-BF533平台上实现了使用上述算法的麦克风阵列语音增强系统，并取得了较为理想的语音增强效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 语音增强的背景及意义  9
  1.2 麦克风阵列语音增强的应用背景及研究现状  9-11
  1.3 本论文的主要工作  11-13
第二章 麦克风阵列语音增强相关的一些基础知识介绍  13-23
  2.1 噪声与混响  13-17
    2.1.1 声场及其分类  13-16
    2.1.2 混响  16-17
  2.2 时延估计  17-19
    2.2.1 理想自由声场模型  17-18
    2.2.2 实际混响模型  18
    2.2.3 时延估计的一般方法  18-19
  2.3 阵列模型  19-23
第三章 麦克风阵列语音激活检测  23-33
  3.1 语音激活检测概述  23
  3.2 基于mel刻度短时能量差的语音激活检测  23-26
    3.2.1 Mel频率刻度  23-24
    3.2.2 Mel倒谱系数的计算  24-25
    3.2.3 基于Mel刻度的短时能量差的语音激活检测  25-26
    3.2.4 算法检测结果  26
  3.3 基于子带短时能量,频带方差和短时平均过零率的语音激活检测  26-31
    3.3.1 短时平均能量,频带方差和短时平均过零率的语音激活检测原理  26-28
    3.3.2 子带短时能量,频带方差和短时平均过零率联合检测  28-30
    3.3.3 算法检测结果  30-31
  3.4 两种算法的综合比较  31-33
第四章 多通道语音增强算法的研究  33-53
  4.1 简单波束形成  33-34
  4.2 延迟求和波束形成方法  34-39
    4.2.1 基本原理及算法  34-35
    4.2.2 延迟求和波束形成方法的带宽限制  35-37
    4.2.3 延迟求和波束形成方法的响应特性  37-38
    4.2.4 延迟求和波束形成方法的消噪性能  38-39
  4.3 广义旁瓣消除器  39-44
    4.3.1 基本理论和算法  39-42
    4.3.2 计算机仿真与分析  42-44
    4.3.3 广义旁瓣消除器的消噪性能分析  44
  4.4 自适应后置滤波波束形成  44-50
    4.4.1 Zelinski后置滤波算法原理  45-46
    4.4.2 Zelinski后置滤波算法的附加处理  46-47
    4.4.3 计算机仿真结果与分析  47-50
  4.5 算法比较  50-53
第五章 系统的设计和实现方案的概述  53-61
  5.1 系统设计方案概述  53-56
    5.1.1 硬件设计方案概述  53-54
    5.1.2 软件设计方案概述  54-56
  5.2 语音增强算法的方案及参数分析  56-57
    5.2.1 语音增强算法的总体方案  57
    5.2.2 语音增强算法中一些重要参数的分析  57
  5.3 软件系统实际的开发实现过程  57-58
  5.4 本章小节  58-61
第六章 麦克风阵列语音增强算法的软件实现  61-79
  6.1 C代码的定点化  61-68
    6.1.1 定点化相关的基础知识  61-62
    6.1.2 整体定点化方案  62-63
    6.1.3 定点化的具体实施举例  63-68
  6.2 Visual DSP++平台上C代码的汇编优化  68-78
    6.2.1 BF533的内核结构  68-69
    6.2.2 BF533内核中的功能单元的介绍  69-71
    6.2.3 程序控制器和流水线  71-74
    6.2.4 C代码的汇编优化方法及举例  74-78
  6.3 硬件仿真  78-79
第七章 总结与展望  79-81
  7.1 本文的工作总结  79-80
  7.2 未来的工作展望  80-81
参考文献  81-83
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  83-85
致谢  85-86

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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
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