[发明专利]基于光纤语音时域信号波形对齐的噪声评估方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤语音时域信号波形对齐的噪声评估方法，包括下列步骤：原始语音时域信号处理；搭建光纤环形腔的激光麦克风；布置光纤线圈的位置；将时域处理后的语音信号通过光纤线圈输入激光麦克风，利用示波器观察输出信号的情况，通过调整光纤激光源的输出功率，得到稳定的输出语音信号；根据所插入的方波信号进行激光麦克风的输入语音信号和输出语音信号的时域对齐，利用对经过腔激光麦克风的语音信号即含噪语音信号进行去噪处理，并进行语音质量评估。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术和光纤环形腔激光麦克风，属于语音信号噪声评估领域。

背景技术

语音作为一种主流通信方式，显然会成为今后重要的人机交互手段。然而，无论是在人与人之间进行交流、通信，还是人机交互过程中，噪声都是不可避免的，且种类繁多。例如语音交流中的环境噪声、机械噪声、人在马路上打电话时的汽车等交通噪声等都会影响语音质量。在信息化社会的迅速发展中，对语音的整体质量要求也越来越高，语音去噪技术得到快速发展。随着语音去噪研究的深入和新思想的引入，一系列的语音去噪方法如人耳听觉掩蔽、人工神经网络和基于小波变换等语音去噪算法也相继出现。

对于语音去噪处理后的语音信号，如何判断去噪处理效果，这时就需要引入语音去噪评价指标，人们对语音增强算法性能评价包括两种方法，一是主观评价，这种评价指标涉及到言语的可懂度和感知质量。感知质量一般指语音识别的程度、语音质量、音色音调等。主观评价主要考虑语音可懂度是否清晰，语音信号传递的信息是是否完整。另一种方法是客观评价，是通过检查语音编码和语音通信的质量。客观评价方法是根据具体的数据来进行语音去噪性能比较，它不需要除数据以外的其它因素来衡量去噪优劣。客观评价指标主要有信噪比、分段信噪比以及对数谱失真测度。客观评价指标在一定程度上能明显反映去噪性能，对去噪效果的比较非常重要。

语音客观评估方法这里以信噪比的指标来举例说明：

信噪比的定义公式如下：

其中，式中s(n)表示原始语音，原始语音可以是在实验室安静环境下录制的语音文件，也可以是手机、电脑等设备上比较清晰的语音文件或者mp3等格式的录音文件；表示的是经过去噪处理之后的语音，L表示语音信号的采样点数，L的数值是在实验中自己设置的参数。信噪比SNR的物理单位是dB。

从公式也可以知道，语音质量评估的基本思想是将两种语音信号进行对比，所以在语音质量评估的时候需要原始语音、去噪后的语音必须是在同一个时间段，且时间长度一样，即需要语音信号时域对齐处理。通常的语音对齐处理是通过SPPAS工具、音频对齐算法或者手动对齐方法等，但是都有很明显的误差，从主观上可以明显听出差别，针对此问题，本发明提出的语音信号时域对齐方法是在原始语音信号时域波形中添加方波信号，用方波信号来标注对齐的时间节点，再将合成的语音信号输入激光麦克风。语音时域对齐是语音信号处理的基础。

技术方案

本发明的目的是提供一种新的方法实现光纤信号的时域波形对齐，应用于基于光纤环形腔的激光麦克风语音信号去噪处理，在对于去噪效果进行语音质量评估的时候，实现输入的原始、含噪语音时间同步。实现技术方案如下：

一种基于光纤语音时域信号波形对齐的噪声评估方法，包括下列步骤：

第一步，原始语音时域信号处理。将原始语音信号用Matlab软件读取，得到原始语音信号的序列信息，在原始语音序列的合适位置添加方波序列信息，合成的语音序列再转化并保存为音频文件，用于输入激光麦克风。