關于語音增強算法技術及其DSP實現的研究

周偉+彭天偉

摘要：各類語音信號在現代社會的應用十分廣泛，包括軍事通信以及普通的民間應用等等，在實驗室環境下，研究人員可以通過技術手段營造無干擾或者信噪比很高的環境，語音信號的傳播效果十分良好，但在實際應用中，通信效果受到很多原因干擾，性能下降明顯，語音增強技術即是設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以及其在DSP中的實現。

關鍵詞：語音增強技術；DSP；實現

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

目前的語音增強技術有噪聲對消法、諧波增強法等，從增強語音質量和降低噪聲干擾兩個方面設法增強語音，但由于各類噪聲和干擾的來源難以預判，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中實現是業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的，類似于小型發電機的工作噪聲、排氣扇的旋轉噪聲的，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串音現象造成的干擾，或者語音輸入、生成端出現的語音干擾等，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，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的，很難從根本上消除。

2 語音增強技術以及其在DSP中的實現

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，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，可以尋求以濾波方法進行語音增強的工作。在濾波器的設計中，應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濾波器都可以用于語音增強工作。

以自適應濾波器為例，其工作原理是依賴某一固定準則做為約束，設定參考信號，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，可以得到自適應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，之后帶入具體數據，計算濾波器的輸出，以及權系數更新方向的矢量，再將具體數值進行進一步運算，根據權值迭代表式計算收斂速率[2]。

2.2 語音增強技術在DSP中實現需注意的問題

（1）減小噪聲功率譜的誤差值。以自適應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該設定一個參數作為對誤差的補償，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，可能出現信號中斷的問題，含噪信號、普通信號傳播時，也可能出現中斷的問題，造成語音信號傳輸質量下降，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性，每幀信號的192點、25點可以進行重疊，之后以語音增強設備、濾波技術等對語音信號進行加強，以此保證傳輸的連續性，這一方法的優勢是能夠局部增強語音信號的強度、清晰度，而且現有技術已經可以實現，但問題是可能使信號之間出現相互干擾和噪聲重疊的問題。

3 結語

當前社會各行業均會不同程度應用到語音傳輸通信，軍事領域的遠程通話，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，影響通話質量，通過濾波設備和方法，可以有效降低噪聲對語音信號的影響，在現有技術基礎上，通過幀間重疊、減小功率譜誤差等方式，語音信號增強技術在DSP中可以得到實現。

參考文獻

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

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