机载环境下语音噪声抑制技术研究及实现

论文摘要

语音是人类进行交流的主要工具之一,是人与人、人与机器之间进行沟通的重要桥梁。如何高效的实现语音传输、存储或通过语音实现人机交互,是语音信号处理领域的重要研究课题之一。语音噪声抑制技术是语音处理的一个重要技术,多年来学者们不懈努力,寻求各种优良的语音增强算法。本论文主要研究背景噪声下语音噪声抑制技术,其目的是改进语音质量,提高语音清晰度和可懂度,在抑制背景噪声的同时尽量减小收听者听觉疲劳。论文首先研究了语音端点检测方法,分析比较了各种端点检测算法的检测性能。改进了基于自相关函数的端点检测算法,论文还进行了算法的仿真实验,实验结果验证了改进算法较传统算法的检测效率有很大提高。噪声抑制过程中最重要的环节是语音增强,大多数实用的语音增强算法均是由精确的噪声估计方法和良好的增强算法来实现的。所以在语音增强部分文中先介绍了一种有效的噪声估计方法。在增强算法中文中重点介绍了基于频谱减法的语音增强算法、基于最小均方误差(MMSE)的语音增强算法以及结合了人耳掩蔽效应的语音增强算法。经仿真实验发现在机载背景下,传统的谱减算法和基于最小均方误差的算法效果并不理想。而基于人耳掩蔽效应的算法效果优于这两种算法,但是这种算法的复杂性限制它的实用性。因此文中把传统谱减和噪声估计方法相结合,实验验证此方法能很好的跟踪机载背景噪声特性,语音增强效果明显,同时运算效率高于其它的算法。论文最后根据一种新的语音可懂度的相对度量方法,综合考虑各算法的优劣,选择适合机载背景的实用语音增强方法。同时为改善收听者对噪声抑制后输出语音的舒适感,文中提出在带噪语音的无音段添加舒适背景噪声,有效改善了收听者听觉疲劳。论文根据分析结果设计了完整的在机载背景下的噪声抑制流程,在Matlab仿真验证其可行性的基础上,再在硬件平台上验证其有效性和适用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 语音噪声抑制的目的及应用背景
• 1.2 噪声抑制方法简述
• 1.2.1 语音端点检测介绍
• 1.2.2 语音增强发展历史
• 1.3 本论文内容和结构
• 第二章 语音噪声抑制基本理论
• 2.1 语音及人耳感知特点
• 2.1.1 语音信号生成模型
• 2.1.2 语音主要特性
• 2.1.3 人耳感知特性
• 2.2 噪声特性
• 2.2.1 噪声分类
• 2.2.2 机载背景噪声特性
• 2.3 语音噪声抑制技术效果评价方法
• 2.3.1 主观评价方法
• 2.3.2 客观测评方法
• 2.4 本章总结
• 第三章 语音端点检测方法
• 3.1 语音系统的预处理
• 3.2 基于短时能的端点检测方法
• 3.2.1 短时能与短时过零率概念
• 3.2.2 算法实现过程
• 3.2.3 实验结果及分析
• 3.3 基于频带方差的判决方法
• 3.3.1 判决依据
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 基于自相关及门限改进的VAD 算法
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 门限及算法改进
• 3.4.3 实验结果及分析
• 3.5 分析总结
• 第四章 机载环境下的语音增强技术
• 4.1 概述
• 4.2 噪声参数的估计
• 4.2.1 最优平滑过程
• 4.2.2 最小功率谱统计跟踪过程
• 4.3 基于谱减及其改进方法的语音增强
• 4.3.1 谱减算法历史简介
• 4.3.2 基本功率谱减法原理
• 4.3.3 经典改进谱减算法
• 4.3.4 结合噪声参数估计的谱减算法
• 4.3.5 实验结果
• 4.4 基于最小均方误差（MMSE）的语音增强
• 4.4.1 基本原理
• 4.4.2 先验信噪比的确定
• 4.4.3 实验结果
• 4.5 基于听觉掩蔽效应的语音增强
• 4.5.1 人耳的掩蔽效应
• 4.5.2 掩蔽阈值
• 4.5.3 结合掩蔽阈值的谱减算法
• 4.5.4 实验结果
• 4.6 语音可懂度评价
• 4.6.1 可懂度相对评价
• 4.6.2 舒适背景噪声产生
• 4.7 一种实用的语音增强系统
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果