噪声抵消技术的研究

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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 ’




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
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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
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