语音增强系统的研究与实现

【摘要】： 我国集成电路产业的迅速发展要求开发有自主知识产权的集成电路产品， 为此本论文研究了语音增强系统的新算法和电路实现技术。语音增强是在带噪 声混合信号中提取语音信息的方法，在国家安全、通信等实际生活领域中有着 广泛的应用。本论文在深入调研的基础上，采用数字信号处理技术和声学研究 相结合的方法，围绕语音的可懂度增强问题展开工作，得到了一些新的结果。 论文用倒谱方法研究了峰值削波和白噪声对倒谱系数和倒谱距离的影响，提出 了新的语音可懂度增强算法和新的信噪比度量方法，并且用DSP实现了所提 出的新算法，还运用于声码器系统中，为开发有自主知识产权的集成电路做了 前期的验证和准备工作。主要的工作和创新如下： （1）提出了一种新的信噪比评估计算方法——高频信噪比（SNR of Highpass）， 用经过高通滤波的各信号计算信噪比。一般用信噪比的提高评估带噪语 音增强算法的效果，实验表明新方法比传统SNR更多地反映了可懂度信 息，能更准确地评估语音增强算法的好坏和有效范围，是更合理的语音 增强算法度量。 （2）研究了峰值削波对加权倒谱系数的影响。发现峰值削波对可懂度影响不 大的原因是它没有改变语音的频谱共振峰结构。此外削波还能够增加次 要峰的相对强度，提高了语音的抗干扰能力。实验说明可懂度信息主要 包含在信号的一系列过零时刻值中，故而强噪声改变语音的过零时刻序 列是可懂度降低的主要原因。 （3）研究了白噪声对加权倒谱系数的影响。发现信噪比相同时清音受白噪音 的影响比元音小；在低信噪比时等均值等方差的白噪声有显著的随机时 变特性；白噪声能够取代清音，替代后倒谱距离变化不大。 摘要 （4）提出了用可调节白噪声代替混合信号中非语音部分以增强语音可懂度的 新方法。实验证明此方法能明显改善强噪声时的语音可懂度，能对低至 －10dB的带噪语音信号进行有效的可懂度增强。而一般的语音增强算法在 强噪声环境中只能提高传统信噪比，不能提高可懂度。 （5） 为了便于实际应用和进一步的集成电路实现，用TI公司的TMS320C541 定点DSP实现了新算法。此算法在C54lDSP上使用程序空间2796字。 查表ROM852字、RAM2162字，计算量为初始化5．SMIPS，初始噪声估 计14．7MIPS／帧，有语音39．SMIPS／帧，无语音21．ZMIPS／帧，完全实现了 实时处理。 （）将新算法和我们以6IJ研究的分类型汉语声码器相结合，实现了串联型抗 噪声抗干扰声码器系统。它使用增强后的信号进行编码，并采用重复奇 偶校验位保护分类码，提高了声码器的抗噪声和抗干扰能力。此系统能 在安全网络电话等方面得到广泛的应用。