噪声抵消技术的研究

原 理 上 说 是 全 新 的滤 波 器 结 构 。即采 用 自适 应 噪声 抵 消 方 法
１ 噪 声抵 消技 术 的研 究现 状
噪声 抵 消 是 指 利 用 信 号 处 理 技 术 。将 噪 声 干 扰 中 的 信 号 进 行 提 取 。 由于 信 噪 比低 ，信 号 带 宽 较 大 所 以存 在 一定 的 难 度 。 们 一 直 在 探 索 一 些好 的 途 径 来 解 决 此 类 问 题 。 目前 ， 人 噪 声 （ 扰 ） 消 的 主 要 信 号 处 理 技 术 可 基 于 线 性 系统 和非 线性 干 抵 系统 分 为 两 大 类 。 线性 系统 包 括 时 域 方 法 、 间 域方 法 和 频 域 空 方 法 ， 中时 域 方 法 要 有 迭 加 平 均技 术 ， 是 对 时域 信 号 多 次 其 它 迭 加 取 平 均 以 求 得 信 号 ， 算 法 误 差 较 大 ； 比较 而 言 ， 域 其 相 频 的处 理 方 法 比 较 丰 富 ， 括 匹 配 滤 波 ， 尔 曼 滤 波 、 纳 滤 波 、 包 卡 维
第 ３ 卷 第 １期 ・ 术 ９ 拳
ＶｏＩ Ｊａｎ． ． ３９ ’
湖
南
农
机
２Ｏ１ 年 １ 月 ２
Ｊ ａｎ． ２０１２
Ｈ ＮＡ ａＲＣＵ １ Ｒ Ａ Ｈ Ｎ Ｒ Ｕ Ｎ Ａ Ｉ Ｌ － ＡＬ Ｍ Ｃ ｉ Ｅ Ｙ ｕ
噪声抵消 技术 的研究
赵 一 炜
（ 张河 湾 蓄能发 电有 限责任 公 司 ， 北 石 家 庄 河 ０ ００ ） ５ ３０
滤 波 方 法 。 噪 声 中提 取 信 号 的各 种 方 法 中 。 纳 滤 波 是 一 种 从 维 最 基 本 的方 法 。它 就 是 最 小 均 方 误 差 准 则 下 的最 佳 线 性 滤 波
的一种有用工具 。利用神经 网络方法可 以完成从有噪声信号
空 间 到无 噪 声 信 号 空 间 的 一 种 映 射 ． 利用 多 层 网 络 结 构 。 它 将 各层 网络权系数进行奇异值分解 ， 大奇 异值 对应 于 信 号 ， 奇 小 异 值对 应 于 噪 声 。 小奇 异值 对 神 经元 起 抑 制 作 用 ， 样 噪 声 而 这 便 得 到 了 抑 制 。 过 多层 网络 的作 用 ， 终 起 到 抵 消噪 声 的作 经 最 用 。 经 网 络 的 缺点 是学 习算 法 的 收 敛 速 度 很 慢 。 常 要 上 千 神 通 步 迭 代 或更 多 。 至 会 出 现不 收敛 的情 况 。 甚 以上 所 描 述 的各 种 噪声 抵 消方 法各 具 特 色 。受 到 了 国 内个 学 者 的 广 泛 重 视 和 研
来 消 除 混 入 信 号 中 的观 测 噪声 ， 到 滤 波 的 目 的。 达 自适 应 滤 波 器 可 以 实 现 参 数 的 自动 调 节 ．在 设 计 时 只需 要 很 少 的 或 根 本
不需要任何关 于信号 和噪声 的先验 知识 就可 以完成 。正因为
它 具 有 这 些 优 点 ， 以 发 展 很 快 ， 已广 泛 应 用 于 抑 制信 号 中 所 现
ｔｅ ｎ ｉ ａ ｃ ｌ ｇ ｓｓｅ ｈ ｓｗ ｄ ｅ ｎ ｎ ｃｉ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｎ ｉ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｐ ｃ ｒ ｍ ｕ ｔ ｃ ｉｎ ｌ ｅ ｒ ｆ ｔ ｒ ｇ ｍｅｈ ｄ ｙ ｒ ￣ ｏｓ ｃ ｅ ｎ ｅｌ ｉ ；ｓ ｅ ｔｕ ｓ ｂ ｒ ｔ ； ｉ ａ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ａｏ ａ ｏ ｎ ｌｉ
收稿 日期 ：０ １ １－ ６ ２１—２０ 作者简 介 ： 赵一 炜（９ ２ ）女 ， １８ 一 ， 大学本科 ， 助理通信 工程 师 ， 主
总 结 ， 以 语 音 信 号 为 例 ， 举 几 种 语 音 增 强 的 方 法 并 对 其 性 现 列
能 进 行 比较 。 目前 应 用 的语 音 增 强 方 法 主要 有 基 于 噪 声 特 性
文章编 号 ：０ ７ ８２ （０ ２ ０ — ０ ３ ０ １０ — ３ ０ ２ １ ） １０ ８ — ２
ＮＯ ｓ ａ ｃ ｌａ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｒ ｓ ａ ｃ ｉｅ ｃ ｎ ｅｌ ｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｉ
ｚ ＨＡｏ ｉ ｗｅ Ｙ－ ｉ
ａ咖 ＳｏａｅＰｗ ｒＧ ｎｒｔ ｎ Ｃ ．Ｌｄ ｈ ｉ ｈ ａｇ ｂ ｉ ５ ３ ０ ｈｎ） ｎ ∞ ｔｒ ｏ ｅ ｅｅａｏ ｏ ｔ． ｉａ ｕｎ， ｅ ０ ０ ０， ｉ ｇ ｉ ， ，Ｓ ｊ ｚ Ｈｅ Ｃ ａ
无 规 则 的 。 的 自相 关 函 数 自开 始 很 快 地 衰 减 ， 它 因此 含 噪 语 音 的 相 关 函数 基本 上就 是 噪 声 中语 音 的相 关 函 数 。 由于 语 音 的 相 关 函 数 与语 音 信号 本 身 具 的相 同 的频 率 成 分 。只 是 其 幅 度 近 似 为 语 音 信 号 怕 同谋 的平 方 值 ， 因此 只 要 对 含 噪 语 音 的 自 相 关 值 作 适 当的 处 理 就 可从 噪声 中提 取 出语 音 信 息 。 自相 关 法 的主 要 缺 点 是 对语 音信 息 的损 伤 较 大 。一 方 面 语 音 信 号 毕 竟 与 其 自相 关 信 号 有 很 大 的不 同 。虽 然 能 用 数 学 的方 法 加 以 校准 。 但这 种校 准也 是 有 限的 。另 一 方 面 ， 音 的 持 续 时 间 较 辅 短 ， 周 期 性 又 很 差 ， 辅 音几 乎 不 存 在 周 期 性 ， 自相 关 法 且 清 故 对 辅 音 几 乎 不 产 生 增 强 效 果 ．这就 进 一 步 加 深 了语 音 的失 真 度 。另 外 含 噪 语 音 的 信 噪 比越 低 ， 相 关 性 越 弱 ， 噪 比 的提 其 信 高就 越 小 。 由实 验 知 。 当信 噪 比低 于 约一 ｄ ９ Ｂ时 ， 自相 关 法 效 果
究 。 展都极为迅速 。 发
方法 。 由于 维 纳 滤 波 器 的 电路 较 难 实 现 ， 维 纳 滤 波 理论 的基 在
础 上 发 展 了 一 种 基 于 状 态 空 间 方 法 的 最 佳 线 性 递 推 滤 波 方
法 ， 为 卡 尔 曼 滤 波 。 是 在 对 系 统 及 其 统 计 特 性 做 了某 些 在 称 它 实 际 应 用 中相 对 广 泛 的假 设 之后 ．给 出 了 一 套 最 佳 线 性 滤 波
关 性来 增强 语 音 信 号 的 。 在语 音信 号 中 。 音 和 浊 音 都 具 有 明 元
显 的周 期性 ， 的 Ｒ０相 关 函数 也 具 有 周 期 性 。 噪 声 一 般 是 它 （） 而
（ ） 谱 减 法 。 谱 减 法 是 利 用 噪 声 的 统计 平 稳 性 以及 加 １频 频 性 噪 声 与 读 音 不 相 关 的 特 点 而 提 出 的 一 种 语音 增 强 方 法 。这
要从事电站通信设备检修 与维护工作。
的 自适 应 噪 声 抵 消法 、 谱 减 法 ， 于 语 音 产 生 模 型 的 线 性 滤 频 基
湖 南 农 机
波法 、 状滤波法 、 梳 自相 关 法 ， 有 基 于 语 音 模 型 和 噪 声 模 型 还
的卡尔曼滤波法。介绍如下 ：
２１ ０ ２年 １ 月
方 法 和 人 工 神 经 网络 方 法 。 中 。 于神 经 网 络 具 有强 大 的 自 其 南 学 习 和 自适 应 能 力 。所 以 已经 成 为 对 各 类 信 号 进 行 加 工 处 理
高 阶谱方 法、 相位 配 和 自适应 滤波等。 以看 出频 域方法均 可
为 滤 波 方 法 。而且 这些 滤 波 方 法 均 是 使 系 统 误 差 最 小 的最 佳
的递 推算 法 。 且 可 以应 用 到非 平 稳 随机 过 程 中 去 ， 而 获 得 并 从
了极 广 泛 的应 用 。但 要 设 计 以 上 两 种 滤 波 器 必 须 信 号 和 噪 声
的统计特 性（ 学期望 、 关 函数 ） 先验 知识 ， 在实 际中 ， 数 相 有 而
２ 噪 声抵 消方 法 的 比较
噪 声 抵 消可 以看 作是 一 种 从有 噪 声 信 号 空 间 到 无 噪 声 信
号 空 间 的影 射 。通 过 对 前 人 在 噪声 抵 消 方 面 的 研 究 的 学 习 和
常常无法 预先知道 这些统计 特性或者它 们是 随时间变化 的 。
从 而 实 现 不 了最 优 滤 波 。为 此 。 ６ 从 Ｏ年 代 开始 研 制 另 一 种 从
的 噪 声 干 扰 ， 如 ， 音 系 统 中 的 回波 抵 消 ， 儿 心 电 图 中 干 例 语 胎
扰信号滤波 。 自适 应 线 谱 增 强 以 及 通 信 信 道 的 自适 应 均 衡 等 。 基 于 非 线 性 系 统 噪 声 （ 扰 ） 消 方 法 主 要 有 混 沌 与 分 形 干 抵
摘 要： 文章概述了噪声抵消技术的研究现状， 以语音信号为例着重阐述 了不同种类的噪声抵消方法， 并对其性 能进行比较， 经比较得出自 适应噪声抵消方法具有 自 适应能力强、 输出噪声低和信号畸变小的特点， 自 其 适应能力表
现在允许对特性未知的输入 信号进行 处理。 由于其性能的卓越性 ， 在噪 声抵 消系统 中具有广泛的应用价值。 关键词 ： 噪声抵 消； 频谱 减法； 线性滤波法 中圈分类号 ：Ｂ ３ Ｔ ５ 文献标识码 ： Ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｏ ｔ ｎ ｓ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｔ ｔ ｓ ｑ ｏ ｏ ｅ ｎ ｉｅ ｃ ｎ ｅ ｌｔ ｎ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ，ｖ ｉｅ ｓｇ ａ，ｆ ｒ ｅ ａ ｌ ， ｓｒ ｃ：Ｔ ｉ ａ ｅ ｕ ｌ ｅ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓａｕ ｕ ｆ ｔ ｏ ｓ ａ ｃ ｌ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｃ ｉ ｎ ｌ ｏ ｘ ｍｐ ｅ ｉ ｈ ａｏ
ａ ａ ｔ ｅ ａ ｉ ｔ，ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｏ ｓ ｏ ａ ｄ ｓｇ ａ ｉｔｒｉｎ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓ ｏ ｍａｌ ｈ ｅ ｏ ａ ｃ ｆｉ ｄ ｐ ｖ ｂｌ ｄ ｐ ｖ ｂ ｌ ｙ ｈ ｕ ｐ ｔｎ ｉｅ ｌｗ ｉ ｌｄ ｓｏ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｆａ ｓ ｌ ，ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｏ ｓ ａ ａ ｔ ｅ ａ ｉ ｉ ｉ ｎ ｎ ｏ ｉ ｃ ｆｍ ｔ ｉ － ｉ ｏ ａｌ ｗ ｔ ｅ ｕ ｋ ｏ ｎ ｔ ｈ ｈ ａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｏ ｅ ｉ ｐ ｔ ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｕ ｏ ｔ ｅ ｅ ｃ ｌ ｎ ｅ ｏ ｔ ｅ ｏ ｍａ ｃ ， ｔ ｔ ｌ ｈ ｎ ｎ ｗ ｏ ｔｅ ｃ ａ ｃ ｅ ｓｉ ｆ ｔ ｎ ｕ ｉｎ ｌ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ，ｄ ｅ ｔ ｈ ｘ ｅｌ ｃ ｆ ｉ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｙ ｏ ｒ ｉ ｃ ｈ ｅ ｓ ｆ
ｆｃ ｓ ｓＯ ｉ ｅｅ ｔｔｐ ｓ ｏ ｏｓ ａ ｃ ｌ ｔ ｎ ｎ ｔ ｒ ｒ ｎ ｅ ｃ ｍｐ ｒ ｏ ｓ ｏ ｈ ｄ ｐ ｖ ｏｓ ￡ ｅ ｔｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｎ ｄｆ ｒｎ ｙ ｅ ｆｎ ｉ ｃｎ ｅ ａｉ ，ａ ｄ ｉ ｐ ｆ ｍａ ｃ ｏ ａｉ ｎ ｆｔｅ ａ ａ ｔ ｅ ｎ ｉｅ ｏ ｆ ｔｍｅｈ ｄ ｈ ｓ ｆ ｅ ｏ ｓｅ ｏ ｓ ｉ Ｂ
变差 。
种方法没有使用参考噪声源 ， 但它假设噪声是统计平稳的 ， 即
有 语 音 期 间 噪 声 报 幅 谱 的 期 望 值 与 无 语 音 间 隙 噪声 的振 幅谱 的期 望 值 相 等 。用 无 语 音 间 隙 测 量 计 算 得 到 的 噪声 频 谱 的估 计 值 取 代 有 语 音 期 间 噪 声 的频 谱 ， 与含 噪语 音 频 谱 相 减 ， 到 得