[发明专利]一种基于有色噪声的语音增强方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，具体而言，涉及一种基于有色噪声的语音增强方法。

背景技术

随着科技的进步和人民生活水平的提高，用户对居住环境提出了更高的需求，越来越注重家居生活的舒适、安全与便捷。智能家居旨在融合计算机、自动化控制、人工智能和网络通讯各项技术于一体，将家居环境下的各种设备终端，比如照明设备、音视频设备、安防系统、网络家电等家庭网络连接在一起，实现家居环境的智能控制。

语音是人与人之间最便捷的交互方式，智能语音技术对于改变家居环境下对电视、音箱、照明设备等控制方式有着重大革新意义，识赋予人与各终端设备良好沟通的重要桥梁。

发明人研究发现，在真实家居场景下，用户发出语音指令的同时，通过伴随各种各样的噪声，比如电视的声音、音乐等。通常需要进行语音增强。然而在语音增强的过程中，提高信噪比(SNR)与提高可懂度通常是相互矛盾的。在滤除噪声的同时或多或少会损伤语音信号。通常，噪声滤除的越多，语音可懂度损害就越多，特别在低SNR下这一矛盾更为突出。

传统的谱减法、维纳滤波法是在频域中进行分析的，计算量比较小，降噪效果不理想。而基于信号子空间的语音降噪算法，是将带噪语音信号投影到两个子空间中，一个是语音信号子空间，另一个是噪声子空间，通过去除噪声子空间，由语音信号子空间来重构语音信号，从而达到良好的降噪效果，但该方法属于单通道语音降噪算法，只适用于白噪声环境下的语音降噪，降噪后的语音通常伴有音乐噪声。专利CN1014660055提供了一种麦克风阵列语音增强技术，通过自适应滤波器用一个麦克风接收到的噪声抵消另一个麦克风接收到的信号中的噪声成分，保留语音成分，但是降噪的同时也会损害到语音。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例针对语音增强过程中在滤除噪音的同时会损害语音信号，导致语音的可懂度下降的技术问题，提供一种基于有色噪声的语音增强方法。

本发明是这样实施的：

一种基于有色噪声的语音增强方法，包括以下步骤:

步骤1，建立双麦克风阵列，接收得到两个通道的带噪语音信号，带噪语音信号经过时延补偿模块，以使两个通道的带噪语音信号同步；

步骤2，得到带噪语音信号数据的协方差矩阵，并进行特征值分解，将带噪语音信号空间分为信号子空间和噪声子空间；

步骤3，采用子空间法处理得到相对纯净的语音处理信号；

步骤4，在信号子空间内对语音处理信号进行最小均方方差估计，计算最小均方误差。

在步骤1中，

S11，对麦克风接收到的两个通道的带噪语音信号分别进行预处理，预处理包括对带噪语音信号进行采样处理，然后进行分帧处理，将分帧处理后的每帧信号进行加窗处理。

S12，经预处理后的带噪语音信号经过时延补偿模块，使两个麦克风的带噪语音信号准确同步，具体为：

双麦克风阵列采集的两个通道的带噪语音信号分别为x₀(n)和x₁(n)，进行傅立叶变换到频域，然后输入到时延估计单元计算x₀(n)和x₁(n)的相位差τ₀和τ₁，根据相位差计算出两个通道信号的相对延时ω₀。

然后，进行延时-求和波束形成，表示为：

X(n)＝ω₀(n)x₀(n-τ₀)+ω₁(n)x₁(n-τ₁)，该过程可在某些程度上消除混响，并初略的对语音进行降噪。

在步骤2中，

S21，双麦克风阵列接收到带噪语音信号为X(n)，计算得到带噪语音信号的协方差矩阵为：

其中，X(n)表示带噪语音信号，E[·]表示求矩阵期望，上标H表示共轭转置，R_s表示纯净语音信号的协方差矩阵，R_n表示噪声信号的协方差矩阵；。

S22，对协方差矩阵R_x进行特征值分解，表示为：

R_x＝UΛ_xU^T；