关于语音增强算法技术及其DSP实现的研究

周伟+彭天伟

摘要：各类语音信号在现代社会的应用十分广泛，包括军事通信以及普通的民间应用等等，在实验室环境下，研究人员可以通过技术手段营造无干扰或者信噪比很高的环境，语音信号的传播效果十分良好，但在实际应用中，通信效果受到很多原因干扰，性能下降明显，语音增强技术即是设法在含有噪声的语音中将较为纯净的语音提取出来，本文浅析语音增强技术以及其在DSP中的实现。

关键词：语音增强技术；DSP；实现

中图分类号：TN912.35 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）06-0134-01

目前的语音增强技术有噪声对消法、谐波增强法等，从增强语音质量和降低噪声干扰两个方面设法增强语音，但由于各类噪声和干扰的来源难以预判，而且即便了解干扰源也难以做到清除，给语音通信等带来了很大的困扰。如何增强语音并将其在DSP中实现是业界面临的一个重要问题。

1 常见的语音干扰

（1）周期性噪声。周期性噪声是指噪声影响带有一定的周期性，比如电气方面产生的干扰，由于语音通信往往和电气的工作密不可分，这种干扰通常是持续的，类似于小型发电机的工作噪声、排气扇的旋转噪声的，这类噪声一般是离散的窄频峰。（2）冲击噪声。冲击噪声通常是由外界引起，带有一定的突发性，噪声幅度的大小不一，但如果噪声较大，靠提高信噪比就无法有效解决，包括机械类碰撞、电器的电火花、放电设备放电的噪声等，冲击噪声是语音信号传输中影响较大的主要噪声。（3）语音干扰。语音干扰是指外界带来的语音形式的影响，比如语音信号传输过程中出现串音现象造成的干扰，或者语音输入、生成端出现的语音干扰等，这种影响相对来说较少，而且有较为成熟的处理办法[1]。（4）宽带噪声。与窄带噪声相对应，宽带噪声是指能够覆盖整个语音频带或者大部分语音频带的噪声，比如白噪声、高斯噪声等，由于这类噪声往往是随着语音传输工作进行而同时出现的，很难从根本上消除。

2 语音增强技术以及其在DSP中的实现

2.1 语音增强的基本算法

一般来说，语音信号和噪声是混杂在一起的，因此要通过增强技术对纯净信号加以提取或者通过增强信号等办法尽量降低噪声的影响，基本算法无法充分考虑所有情况，只是一种理想状态下的可行措施，即，假定语音信号和噪声是相互独立的，在此基础上，以s（n）代表纯净的语音信号，以d（n）代表噪声，并假定d（n）噪声影响了s（n）純净语音信号，形成了带噪语音信号y（n），则传输语音信号y（n）的基本表达式为：

ym（n）=sm（n）+dm（n）

由于语音信号的分析需要按帧进行，以m代表帧的不同编号，n为时间序号，再以M代表语音信号的帧数，N代表每帧信号的长度，则m=0，1，···，M-1；n=0，1，···，N-1。以Y（w）代表带噪语言，S（w）代表纯净语音，D（w）代表噪声信号的能量谱，可以得到语音增强的基本公式：

S（w）=Y（w）-D（w）

以公式为基础，可以寻求以滤波方法进行语音增强的工作。在滤波器的设计中，应该保证滤波器进行工作的同时尽量不会干扰到纯净信号。通常来说，固定滤波器、傅立叶变换滤波器和自适应滤波器都可以用于语音增强工作。

以自适应滤波器为例，其工作原理是依赖某一固定准则做为约束，设定参考信号，作为最佳估计，常用算法包括最陡下降法、最小均方误差算法、递推最小乘算法等，最小均方误差算法的运算较为简单，一般作为首选。以语音增强公式作为基础，可以得到自适应滤波算法的基本过程，即首先读入带噪语音y（n），并获取带噪语音的延时信号，进行初始化，之后带入具体数据，计算滤波器的输出，以及权系数更新方向的矢量，再将具体数值进行进一步运算，根据权值迭代表式计算收敛速率[2]。

2.2 语音增强技术在DSP中实现需注意的问题

（1）减小噪声功率谱的误差值。以自适应滤波器进行语音增强工作，采取了最小噪声估计法，由于估计值往往与实际值有一定差距，因此在实际处理中应该设定一个参数作为对误差的补偿，通常来说，每隔64帧进行一次必要的修改，可以使噪声的功率谱更为精确。（2）帧间重叠。在对语音信号进行处理时，可能出现信号中断的问题，含噪信号、普通信号传播时，也可能出现中断的问题，造成语音信号传输质量下降，通过对帧间信号进行重叠处理，可以使语音信号保持相对较好的连续性，每帧信号的192点、25点可以进行重叠，之后以语音增强设备、滤波技术等对语音信号进行加强，以此保证传输的连续性，这一方法的优势是能够局部增强语音信号的强度、清晰度，而且现有技术已经可以实现，但问题是可能使信号之间出现相互干扰和噪声重叠的问题。

3 结语

当前社会各行业均会不同程度应用到语音传输通信，军事领域的远程通话，景物人员的小型对讲机，甚至普通民众微信聊天等，这些语音通信会受到各类干扰，影响通话质量，通过滤波设备和方法，可以有效降低噪声对语音信号的影响，在现有技术基础上，通过帧间重叠、减小功率谱误差等方式，语音信号增强技术在DSP中可以得到实现。

参考文献

[1]王瑜琳.强噪声环境下的语音增强算法研究及其DSP实现[D].重庆大学，2013.

[2]卢志恒.语音增强技术研究及其DSP多路实时实现[D].电子科技大学，2009.endprint