[发明专利]一种用于语音信号增强的谱减法

权利要求书

1.一种用于语音信号增强的谱减法，其特征在于步骤如下：

第一步，被减项加权值处理：

在进行噪声谱相减时，减去β|λ_n(ω)|²，β＞1，经过如此被减项加权值处理得到改进后的谱减法公式如下：

其中，代表增强后语音信号，Y(ω)代表带噪语音信号，λ_n(ω)代表噪声段的统计平均值，β代表谱减噪声系数，β>1；

第二步，功率谱修正处理：

结合功率谱减法中频谱的平方计算与幅度谱减法中频谱的一次方计算，将其改进为由系数灵活控制的|·|^α以及|·|^1/α，经过如此功率谱修正处理得出修正后的功率谱为：

其中，代表增强后语音信号，Y(ω)代表带噪语音信号，λ_n(ω)代表噪声段的统计平均值，α代表谱减功率修正系数；

第三步，得出基于修正参数的改进谱减法公式：

结合以上第一步的被减项加权值处理和第二步的功率谱修正处理方法，得出基于修正参数的改进谱减法公式如下：

其中，代表增强后语音信号，Y(ω)代表带噪语音信号，λ_n(ω)代表噪声段的统计平均值，α表示谱减功率修正系数，β代表谱减噪声系数；

第四步，自动控制最优参数选择：

在不同的带噪信号输入信噪比SNR_i条件下，首先以增强后语音信号的信噪比SNR_o为输出，以变化的谱减功率修正系数α和谱减噪声系数β为输入，改变输入参数值，自动控制选择使得输出达到增强后语音信号的信噪比的最优值SNR_oB时的输入最优参数为α_B和β_B，并且将选择的最优参数α_B和β_B与此时的带噪语音输入信噪比SNR_i相匹配，应用时，则通过计算带噪信号的输入信噪比SNR_i，控制语音增强系统中最优参数α_B和β_B的选择，自动控制最优参数选择的系统公式如下：

其中，α_B表示最优谱减功率修正系数，β_B表示最优谱减噪声系数，SNR_i表示与最优参数匹配的输入信噪比，SNR_o表示增强后的输出信噪比；

第五步，平滑处理：

通过对比原始语音波形，带噪语音波形以及增强语音波形，发现增强语音波形虽然已经十分接近纯净语音波形，进一步通过对增强后的语音进行时域内的平滑处理，选取五点三次的平滑处理方法如下：

五点三次平滑处理结合所求点周围采样点的幅度值对所求点幅度进行加权修正，最终实现信号波形的平滑去噪，平滑处理公式表示：

式中，y表示平滑处理后数据，x表示原采样数据，m表示数据点数，N表示平均的点数，h表示权值因子，其中加权平均因子满足：

五点三次的平滑处理方法是通过运用最小二乘法原理对采样数据进行三次最小二乘多项式平滑处理，五点三次平滑法的公式如下:

式中：i＝3，4，…，m-2，

通过上述对增强后的语音进行时域内的平滑处理，使得增强后的语音与纯净语音具有更进一步的相似性；

上述步骤中所用到的硬件设备包括供电设备、麦克风、数据采集卡和PC上位机。

2.根据权利要求1所述一种用于语音信号增强的谱减法，其特征在于：所述以增强后语音信号的信噪比SNR_o为输出，以变化的谱减功率修正系数α和谱减噪声系数β为输入，改变输入参数值，自动控制选择使得输出达到增强后语音信号的信噪比的最优值SNR_oB时的输入最优参数为α_B和β_B的过程，是通过绘制输出信噪比SNR_o、谱减功率修正系数α和谱减噪声系数β的三维曲线图，从中寻找最大值的坐标值实现的，具体方法如下：

带噪信号输入信噪比SNR_i取值范围-15dB-20dB，当谱减功率修正系数α和谱减噪声系数β变化时，增强后语音信号的信噪比SNR_o随之变化，其中，x轴、y轴和z轴分别代表谱减功率修正系数α、谱减噪声系数β以及增强后的输出信噪比SNR_o，由所作的三维曲线图可得，当α和β变化时，存在一组α_B和β_B，使得SNR_o取得最大值SNR_oB，此α_B和β_B即为最优参数。