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基于非负矩阵分解的语音增强算法研究

王迎福  
【摘要】:语音增强技术作为语音信号前端的预处理方法之一,是目前数字语音信号研究领域内的一个热门方向,旨在从含噪语音信号中重构出接近原始语音信号的纯净信号。按照采集信号的麦克风个数,可将其分为单通道和多通道两种类型。本文采用多通道中的双通道情况进行语音增强的研究,因为它既符合人的双耳特性,又能合理使用语音信号的空间信息。由于机器学习方法的出现,一些新的语音增强算法先后出现。其中,利用非负矩阵分解方法进行语音增强效果良好,且其非负数据特性更具实际含义。论文主要工作是提出了一种无监督的广义互相关与非负矩阵相结合的语音增强算法,并根据实际需求对其不足进行改进,具体如下:1)对几种典型的语音增强方法进行了简单的探究,并介绍了基本非负矩阵分解方法的原理和算法特性。阐述了基于多通道的非负矩阵增强算法和麦克风阵列声源定位方法。2)针对传统单通道语音增强算法没有利用信号的空间信息这一缺陷,提出了一种将广义互相关方法与非负矩阵相结合的语音增强算法。该方法通过对输入混合信号进行字典预学习,然后随机初始化激活系数向量并进行迭代更新,从而可以逐帧推导出输入混合语音信号预学习字典的激活系数。此外,使用了最大池化广义互相关相变技术进行在线目标定位,不仅确保了算法的实时性,而且极大地保证了重构后的语音质量和辨识度。3)针对使用以短时傅里叶变换算法为基础的语音增强算法会产生固有延迟,提出了一种非对称短时傅里叶变换的窗口化方法代替传统的对称窗方法。该方法使用较长的分析窗和较短的合成窗相结合来实现算法的低延迟。实验证明,该算法能将固有算法延迟降低至2ms而不会降低语音的质量和清晰度。基于以上的这些特性,该算法具有一定的实用价值。


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