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基于DSP的语音增强系统的研究与设计

王龙  
【摘要】:随着科学技术的迅速发展,语音通信技术已经越来越成熟。语音是人类进行交流的一种非常重要的方式,语音质量的好坏将直接影响人与人之间的沟通与交流。在现实的生活中,比如KTV包厢、热闹的菜市场、演唱会现场、工厂车间、地铁站等环境中使用的手机、麦克风、电话等各种通信设备,难免会受到来自环境噪声的影响而使得语音通信质量下降,严重的甚至会导致通话无法进行。因此在强噪声背景下进行语音通信时,非常有必要滤除背景噪声。语音增强的主要目的就是去除背景噪声对于语音的干扰,从而提高语音通信系统的质量。 近年来,随着DSP (Digital Signal Processing)技术和VLSI (Very LargeScale Integrated Circuits)的发展,为语音增强的实现提供了理论与技术上的支持。随着DSP芯片性能的不断改进与发展,以及开发平台的不断完善,能够使语音增强技术在硬件系统上很好实现,并且很好的应用到语音通信的各个场合。本课题主要研究噪声环境下的语音增强技术,其目的是为了提高语音通信的质量,尽量提高语音通信的可懂度和清晰度,能够给人们在嘈杂的环境下创造一个舒适的语音通信环境。 语音激活检测(VAD)作为语音增强算法的前端处理算法,VAD算法的性能的好坏对语音增强效果有很大影响。本文在对各种语音激活检测算法进行研究的基础上,对各种语音激活检测算法进行了分析比较及仿真实验,最终选择了基于频带方差语音激活检测技术作为本系统的语音激活检测算法。 语音增强的主要环节是语音增强算法的实现。谱减法由于算法简单有效而成为语音增强方法中的一个比较重要的方法,但是传统的谱减法在进行语音增强后往往伴有“音乐噪声”,同时语音失真也比较大,尤其在带噪语音信噪比比较低的时候,这些算法的性能急剧下降。本文在研究几种语音增强算法、并对它们的优缺点进行分析的基础上,对现有的谱减法进行了优化改进。在语音增强系统中采用了一种基于语音激活检测的多频带谱减法,作为语音增强算法的研究对象,并对不同信噪比的背景噪声进行了试验仿真,结果表明,该算法能有效的抑制“音乐噪声”,提高信噪比,在嘈杂的环境下能够有效地改善语音的通信质量。 本文给出了基于TMS320C5509 DSP的硬件与软件系统的设计,以及系统外围器件与DSP的连接方式、各个模块的初始化配置以及算法程序在系统上的实现。最后在硬件系统上成功运行了所采用的语音增强算法,验证了算法的正确性,对背景噪声起到了较好的抑制作用,基本达到了语音增强的目的。


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