收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于信号稀疏特性的语音增强算法研究

童仁杰  
【摘要】:语音增强是语音信号处理中的一个重要研究方向,在远程通信、助听设备、智能家电、人机交互以及智能会议系统中有着广泛的应用。语音增强算法一般利用干净信号与噪声在结构特性上的差异,采用数学方法将观测到含有噪声的语音信号变换到新的域。在这个新的域内,语音和噪声的区分性变得更加明显。具体而言,干净语音对应的系数往往是稀疏分布的,而噪声对应的系数则是随机分布的。因而只需简单的数学操作就可以实现语音和噪声的分离。然而现行的语音增强系统仍然有诸多问题没有解决。比如说,在很多算法中,噪声通常被假设为近似平稳的。这意味着与干净语音相比,噪声幅度的变化速度相对缓慢。在噪声不满足平稳性假设时,很多语音增强算法会面临性能损失,甚至会导致明显的语音失真。为此,研究者们提出将多个相同型号的麦克风按照一定形状组成麦克风阵列,进而发展出了丰富的多通道语音增强算法。此外,真实场景中往往还存在着混响和回声等,这给多通道语音增强算法带来严峻的考验。本文基于干净语音信号在不同变换域中体现的稀疏特性,提出了几种行之有效的语音增强算法,主要工作可以概括如下:首先,针对在时域呈现稀疏和非平稳特性,且在时间上随机分布、幅度任意大的冲击噪声,提出一个基于单通道的鲁棒的时频分解模型,将受噪声污染数据中的干净语音成分投影到一个离散余弦变换字典上,将冲击噪声投影到一个单位矩阵字典上。通过控制两组投影系数的稀疏度比例,并采用一种改进的正交匹配追踪算法,可以优化得到两种成分对应的稀疏投影矢量,进而实现对干净语音成分的重构。通过控制稀疏度的比例和重构误差的大小,可以控制语音失真和噪声残留之间的平衡,从而取得最佳的听觉效果。其次,针对在实际环境中存在的方向性、无方向噪声,提出对多通道音频数据流做并行化处理。采用一个固定长和宽的矩形窗口,在多通道音频流上按照一定的速度均匀滑动。在每个特定时刻,只针对窗口选取的数据矩阵的行、列作线性变换,从而实现空时协同滤波。我们采用迭代的方式分别更新时间滤波器矩阵和空间滤波器矩阵。基于最小均方误差准则,首先固定时间滤波器,更新空间滤波器;然后固定空间滤波器,更新时间滤波器;整个过程在两到三个循环即可收敛。最终,可以一次性得到对应所有通道的增强之后的语音数据。再次,为了充分利用多通道观测数据中携带的时间和空间信息,先对每个通道输出的音频数据流进行分帧,然后把这些帧重排为一个矩阵。更进一步,将对应于各通道音频流的矩阵堆叠成一个三阶张量,并设计三个滤波器(即帧内滤波器,帧间滤波器,空间滤波器),对该观测张量进行空时协同滤波。基于最小均方误差准则,采用一种循环迭代的方式交替更新三个滤波器,直到整个过程收敛。该方法可以一次性地估计得到所有通道内的干净语音数据。最后,基于上述三阶张量模型,我们提出将张量分解的方法用于多通道语音降噪。我们把含噪声的观测语音张量投影到设计好的正交基矩阵上,这包括通用基矩阵、有监督基矩阵、无监督基矩阵。通用基矩阵为三维离散余弦变换基矩阵,有监督基矩阵可以从预先提供的干净语音学习得到,无监督基矩阵则从含噪声的语音张量中自动推理获得。投影系数被包含在一个具有同样尺寸的核心张量内。根据最小化统计风险准则,可以设计出一种最佳的门限阈值;将核心张量中幅度低于该阈值的元素全部置零,即可实现噪声的抑制。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 石玲;;基于计算机声卡的谱相减语音增强系统分析[J];信息与电脑(理论版);2010年02期
2 孙涛;;基于计算机声卡的谱相减语音增强系统分析[J];南昌教育学院学报;2010年05期
3 薛慧君;李盛;路国华;张杨;焦腾;王健琪;荆西京;;提升小波用于非接触语音增强算法的研究[J];医疗卫生装备;2013年05期
4 胡海波;刘柏森;许银;;基于小波变换的语音增强研究[J];黑龙江工程学院学报(自然科学版);2011年01期
5 任济生;任鹏;吉爱国;曹茂永;;基于小波变换的双通道相干语音增强[J];电子器件;2008年04期
6 ;Soata III:E1高密度回音消除和StudioSound级语音增强系统[J];通讯世界;2003年02期
7 董胡;钱盛友;;基于小波变换的语音增强方法研究[J];计算机工程与应用;2007年31期
8 柯健;徐志京;;基于生成对抗网络的语音增强算法研究[J];信息技术与网络安全;2018年05期
9 张小宇;刘云清;赵馨;;基于时域滤波多频段谱减法的语音增强[J];长春理工大学学报(自然科学版);2017年04期
10 屈赵燕;;基于盲源分离的单通道语音增强算法探究[J];产业与科技论坛;2016年03期
11 王玥;李平;崔杰;;听觉频域掩蔽效应的自适应β阶贝叶斯感知估计语音增强算法[J];声学学报;2013年04期
12 蒋波,于水源;语音增强的双话筒采集方法[J];牡丹江医学院学报;1999年01期
13 朱琦;单麦克风和双麦克风语音增强系统的研究[J];电讯技术;1996年06期
14 苏娜;;浅析语音编解码对语音增强算法的影响[J];中国战略新兴产业;2017年16期
15 王雪梅;李玲;刘朝;;基于谱减法的语音增强算法研究[J];职大学报;2013年06期
16 毛维;曾庆宁;龙超;;一种适用于双微阵列的语音增强算法[J];科学技术与工程;2018年10期
17 路成;田猛;周健;王华彬;陶亮;;L_(1/2)稀疏约束卷积非负矩阵分解的单通道语音增强方法[J];声学学报;2017年03期
18 李盛;周斌;胡金艳;周鹏程;李涛;袁玉迪;;奇异值分解在语音增强中的应用研究[J];徐州工程学院学报(自然科学版);2017年03期
19 茅正冲;龚熙;;基于压缩感知的语音增强识别系统[J];计算机应用研究;2016年02期
20 黄建军;张雄伟;张亚非;邹霞;;时频字典学习的单通道语音增强算法[J];声学学报;2012年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王世伟;胡笑浒;郑成诗;李晓东;;一种改进的基于能量差语音增强算法[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
2 江峰;李晓东;;适用于抑制非平稳背景噪声的语音增强算法[A];中国声学学会2003年青年学术会议[CYCA'03]论文集[C];2003年
3 阎兆立;杜利民;;维纳后滤波语音增强算法研究[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年
4 童峰;许肖梅;洪青阳;;一种带阶数估计的语音增强算法[A];第八届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2005年
5 袁榕嵘;吴鸣;杨军;;双麦克风语音增强快速算法[A];泛在信息社会中的声学——中国声学学会2010年全国会员代表大会暨学术会议论文集[C];2010年
6 国雁萌;;一种极低信噪比条件下的语音增强方法[A];第六届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2001年
7 李海峰;韩纪庆;郑铁然;;元音、辅音粗判自适应电话语音增强方法[A];第七届全国人机语音通讯学术会议(NCMMSC7)论文集[C];2003年
8 楼厦厦;郑成诗;李晓东;;滤波器权值约束对自适应零限波束形成语音增强算法鲁棒性影响分析[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
9 丁沛;曹志刚;;基于语音增强失真补偿的抗噪声语音识别技术[A];第七届全国人机语音通讯学术会议(NCMMSC7)论文集[C];2003年
10 吴亚栋;吴旭辉;;一种基于自相关域动态噪声估计方式的语音增强法[A];第六届全国人机语音通讯学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 童仁杰;基于信号稀疏特性的语音增强算法研究[D];中国科学技术大学;2018年
2 王冬霞;麦克风阵列语音增强的若干方法研究[D];大连理工大学;2007年
3 欧世峰;变换域语音增强算法的研究[D];吉林大学;2008年
4 孙琦;基于子空间的低计算复杂度语音增强算法研究[D];吉林大学;2017年
5 夏丙寅;面向移动通信的单通道语音增强方法研究[D];北京工业大学;2014年
6 姚峰英;语音增强系统的研究与实现[D];中国科学院上海冶金研究所;2001年
7 张龙;有监督学习条件下的单通道语音增强算法研究[D];中国科学技术大学;2017年
8 刘威;单通道语音水印与语音增强算法研究[D];东南大学;2017年
9 章雒霏;基于机器学习的双麦克风手机语音增强算法研究[D];南京师范大学;2017年
10 江小平;舰载通信系统及其关键技术研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 倪忠;基于麦克风阵列的语音增强方法研究[D];湖南大学;2017年
2 李瑞;多通道语音增强方法的研究[D];大连理工大学;2008年
3 郭俊欢;基于连续性约束的低秩稀疏分解语音增强方法研究[D];南昌航空大学;2018年
4 刘建青;多管阵列定向语音增强系统的研制[D];浙江大学;2012年
5 吴晓宇;VoIP系统中语音增强算法的研究与应用[D];北京邮电大学;2010年
6 芦靖;单通道语音增强算法的研究与应用[D];西安电子科技大学;2009年
7 孔祥波;基于短时幅度谱估计的语音增强方法研究[D];大连理工大学;2000年
8 刘凤山;基于盲源分离的车载语音增强算法研究[D];安徽大学;2017年
9 郭栗;特定人语音增强算法的研究[D];上海交通大学;2015年
10 王琪;阵列语音增强算法的研究及实现[D];复旦大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 ;NMS Sonata Ⅲ/Studio Sound级语音增强系统话音更清晰[N];中国计算机报;2003年
2 本报记者 马楠;NMS市场目标转向无线服务提供商[N];通信产业报;2001年
3 ;VoIP服务不只是便宜的通话[N];网络世界;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978