[发明专利]一种低信噪比语音降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线电通信的语音信号处理领域，特别涉及一种低信噪比语音降噪方法。

背景技术

语音通信为无线通信中最基本的业务，目前在很多领域中仍然是以模拟话音为主，如飞机与地面通信、远程指挥通信、无线电广播等等。在这些应用中受无线信道的多径、衰落、反射等多种因素影响，语音信号在传输过程中会出现畸变和衰落，同时天线会接收到无线信道上的各种噪声信号，导致接收到的话音具有较大的噪声干扰。特别是当没有语音信号传输时，接收设备会将收到的各种无线信道噪声信号当成语音信号播放出来，使通信员长期承受着较为恶劣的噪声，严重地影响通信员的听觉感受。

针对上述问题，通常做法是采用语音降噪和静音检测来降低噪声的影响，具体是：通过静音检测判断是否有语音信号到达，如果没有语音信号则关闭声音；如果有信号则进行降噪处理并输出降噪后的语音。但是传统方法在信噪比较低、噪声信号能量大于或者远大于语音信号时，往往无法有效的检测出语音信号并降噪，导致语音通信中丢字丢句子，降噪输出的话音失真较大。

因此，研究一种即使信噪比比较低仍能够准确检测出语音信号的语音降噪方法具有重要意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种低信噪比语音降噪方法，该方法能够在信噪比较低,甚至只能听到有话音而难以分辩话音内容的情况下准确的检测出语音信号，并抑制噪声。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种低信噪比语音降噪方法，包括以下步骤：

（1）对输入语音信号分帧组帧，乘入汉明窗；

（2）将时域信号转换成频域信号，计算信号的谱能量分布；

（3）根据接收信号的状态判断对接收信号进行增益振荡检测，检测结束后根据当前所处的状态更新底噪谱能量分布；

（4）利用接收信号的谱能量分布和底噪的谱能量分布计算谱分布后验信噪比，通过MMSE估计方法计算谱增益系数，并利用增益系数抑制噪声；

（5）利用降噪后的谱能量分布及底噪谱能量分布计算帧信噪比，保存并更新最近一定时间内的帧信噪比；

（6）根据帧信噪比和谱包络信噪比记录信息，进行谱包络多状态转移，根据多状态转移的状态输出判断输入信号是语音或是噪声；

（7）对降噪后的信号进行频时转换以及窗叠加，对输出信号进行语音头保护，根据静音检测的结果输出降噪后语音或是静音。

优选的，所述步骤（1）对输入语音信号分帧组帧，每帧由128-512个样点组成，每次更新帧长度一半的样点，将每帧信号乘以一汉明窗，窗长度与帧长度相同。采用这样的汉明窗可以保证帧间信号的连续性和平稳性。

优选的，所述步骤（2），通过快速傅立叶变换将收到的时域信号转为频域信号；根据人类发声特性，将低于300Hz以及大于3400Hz的频谱能量置为零。从而可以减少后续的计算量。

优选的，所述步骤（3），进行增益振荡检测的步骤是：

（3-1）如果接收信号的状态为噪声状态，则先判断一定时间前信号是否为语音状态，如果不是，则不进行检测，否则获取其包络谱能量，进入步骤（3-3）；

（3-2）如果接收信号的状态为语音状态，则获取其包络谱能量，进入步骤（3-3）；

（3-3）判断帧能量是否大于包络能量10dB，如果是，则进行帧能量缩放，否则，则不进行检测。

优选的，所述步骤（3）中更新底噪谱能量分布包括以下三种方式：谱分布初始化更新、谱分布正向更新和谱分布反向更新；如果当前所处的状态是初始化状态则采用谱分布初始化更新；如果当前所处的状态是噪声状态则采用谱分布正向更新；如果当前所处的状态是信号状态则采用谱分布反向更新。

具体的，所述步骤（4），利用接收信号的谱能量分布和底噪的谱能量分布计算谱分布后验信噪比，通过直接判决反馈法将后验信噪比转为先验信噪比，根据MMSE估计得到基于先验信噪比的对数谱估计增益系数，将增益系数与谱分布相乘得到降噪后的信号谱分布。

更进一步的，所述后验信噪比计算公式如下：