[发明专利]基于信噪比加权的幅度与相位联合补偿抗噪语音增强方法

说明书

本发明公开了一种基于信噪比加权的幅度与相位联合补偿抗噪语音增强方法及实现装置，该方法在预处理流程中进行预加重，数字滤波，分帧，加窗处理，接着进入常规的语音活动检测，检测当前帧为语音帧还是噪声帧，分别进行相应的处理。若当前帧为噪声帧，则利用谱减法估计去噪语音功率谱P_d(n,k)；若当前帧为语音帧，首先利用现有成熟的方法估计输入数字语音信号的信噪比SNR，然后获取输入数字语音信号的谱减法频谱和相位谱补偿频谱，推导两者对应的权重比例并进行加权，得到融合后的改进语音增强频谱，最后通过离散傅里叶反变换输出增强语音y[n,m]。该发明能在任意信噪比环境下取得较好的语音增强效果。

技术领域

本发明涉及语音信号处理技术领域，具体涉及一种基于信噪比加权的幅度与相位联合补偿抗噪语音增强方法及实现装置。

背景技术

在实际的语音通信系统中，语音信号通常不可避免地会受到外界环境噪声的干扰。这些噪声不仅严重干扰了语音的可懂度，同时也会导致语音处理系统的性能急剧恶化。随着语音识别和语音监控等领域的进一步发展，抑制环境噪声及干扰，提高语音信号的质量和清晰度，从带噪语音中尽可能地恢复纯净语音，已成为国内外众多学者研究的热点，同时也是一个亟待解决的课题。

在语音增强领域，研究者们提出了各种语音增强算法，主要有谱估计法和相位谱补偿法等，其中谱估计法又包括谱减法、最小均方误差估计法、信号子空间法等，而相位谱补偿法又包括自适应相位谱补偿、稀疏低秩模型相位谱补偿等。谱估计法应用相对成熟，算法简单便于实现快速处理，不足之处是低信噪比情况下增强效果不佳，处理后会产生一定的失真。而相位谱补偿法尽管能恢复纯净语音的相位信息，但缺点是仍然保留噪声信号的幅度信息，近年来，相位特性在语音增强中的重要性被逐渐论证，特别是在低信噪比环境下。

无论是基于谱估计法还是相位谱补偿法，传统的语音增强系统抗噪效果往往不佳。

发明内容

基于传统幅度谱估计的语音增强算法由于没有对相位进行改变，仍然保留了带噪语音的相位信息，所以抗噪效果往往不佳。本发明的目的在于克服传统语音增强技术的缺点与不足，提出一种基于信噪比加权的幅度与相位联合补偿语音抗噪方法及实现装置，通过改变幅度谱的同时对相位谱进行相应的补偿，使噪声抑制效果达到最优，并提出根据信噪比加权的权值分配计算方法。该方法能在任意信噪比环境下取得较好的语音增强效果。

根据公开的实施例，本发明的第一方面公开了一种基于信噪比加权的幅度与相位联合补偿抗噪语音增强方法，所述的语音增强方法包括：

对当前帧输入数字语音信号进行预加重、数字滤波、分帧、加窗处理，接着进入常规的语音活动检测，检测当前帧为语音帧还是噪声帧，分别进行相应的处理；

若当前帧为噪声帧，则利用谱减法估计去噪语音功率谱P_d(n,k)；

若当前帧为语音帧，首先估计输入数字语音信号的信噪比SNR，然后获取输入数字语音信号的谱减法频谱和相位谱补偿频谱，推导两者对应的权重比例并进行加权，得到融合后的改进语音增强频谱，最后通过离散傅里叶反变换输出增强语音y[n,m]。

进一步地，所述的对当前帧输入数字语音信号进行预加重、数字滤波、分帧、加窗处理的过程如下：

对当前帧输入数字语音信号进行分帧和加窗，得到x[n,m]，1＝m＝N，其中n表示第n帧数字语音信号，N表示一帧数字语音信号的长度；

用噪声估计方法估计出噪声功率谱P(n,k)，1＝k＝N，k表示语音信号频点数，获取更新长时加权噪声功率谱P_v(n,k)，其表达式如下：

P_v(n,k)＝(1-r)P(n,k)+rP_v(n-1,k)1＝k＝N (公式1)