几种单通道的语音增强算法研究
语音增强算法的分类[必读]
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语音增强算法的分类现实环境中的噪声多种多样，特性各异，很难找到一种通用的语音增强算法适用于各种噪声的消除；同时语音增强算法与语音信号数字处理理论、人的听觉系统和语音学等学科紧密相关，这也促使人们必须根据不同的噪声源来选择不同的对策。
以上原因使语音增强技术研究呈现百花齐放的局面。
几十年来，许许多多的学者在这方面进行了不懈的努力，总结出了许多有效的方法。
根据信号输入的通道数，可将这些方法分为单通道的语音增强算法与多通道的语音增强算法。
单通道的语音系统在现实生活中较常见，手机、耳麦等都属于单通道语音系统。
这种情况下，语音与噪声同时存在于一个通道中，语音信号与噪声信号必须从同一个带噪语音中获得。
这种系统一般要求信号中的噪声比较平稳，以便在无声段对噪声进行估计，再依据估计得到的噪声参数对有声段进行处理，得到增强语音。
而多通道的语音系统中语音增强的一种算法是，利用各个通道的语音信号之间存在的某些相关性，对带噪语音信号进行处理，得到增强的语音。
比如，在自适应噪声抵消法中采用了两个话筒作为输入，其中一个采集带噪的语音信号，另外一个采集噪声，从噪声通道所采集的噪声直接当作带噪语音中的噪声，并将它从带噪语音中减去即可。
另一种多通道的语音增强算法是采用阵列信号，这种方法采用多个以一定方式排列的采集设备接收信号。
由于不同的独立信号源与各个采集设备之间的距离不同，最后在各个接收设备中的合成信号也不同，再根据这些信号将各个独立信号分离出来。
按照所依据原理的不同，我们可以将语音增强分为以下几类：（1）参数方法此类方法主要依赖于语音生成模型(例如AR模型)的使用，需要提取模型参数(如基音周期、LPC系数等)，经常使用迭代方法。
这种方法的最大缺点就是如果实际噪声或语音与模型有较大的差别，或者由于某些原因使得提取语音参数较困难，则这方法较容易失败。
这类方法常用到一些滤波器，如梳状滤波器、维纳滤波器、卡尔曼滤波器等。
（2）非参数方法非参数方法不需要从带噪语音信号中估计语音模型参数，这就使得此类方法相对于参数方法而言应用较广。
语音识别技术中的语音增强方法
语音识别技术中的语音增强方法语音识别技术是一种基于计算机的人机交互方式，它将人的语音信息转化为文本或命令，实现自然语言对计算机的控制和交流。
然而，由于语音信号受到环境噪音、语音质量等多种因素的影响，识别准确度可能会受到一定的影响。
为了提高语音识别的准确性和稳定性，语音增强方法应运而生。
一、噪声抑制技术噪声是语音识别中常见的干扰因素之一，它会降低语音信号的质量，阻碍识别系统的准确工作。
因此，噪声抑制技术成为解决这一问题的重要手段之一。
常见的噪声抑制方法包括：频域滤波法、时域滤波法和声学特征转换法。
1. 频域滤波法频域滤波法是基于频域分析的一种噪声抑制技术，它通过分析语音信号的频率特性，有选择性地抑制噪声成分，保留语音信号的有用信息。
常用的频域滤波方法包括谱减法、MMSE准则和Subspace方法等。
2. 时域滤波法时域滤波法是一种基于时域分析的噪声抑制方法，它通过分析语音信号在时间域上的特性，对噪声信号进行抑制。
经典的时域滤波方法有阻带滤波法、LMS自适应滤波法和Kalman滤波法等。
3. 声学特征转换法声学特征转换法是一种基于声学特征的噪声抑制方法，它通过对语音信号的声学特征进行转换，使其更适合于识别算法的处理。
常见的声学特征转换方法有Mel频率倒谱系数（MFCC）、倒频谱法和线性预测法等。
二、语音增强技术除了噪声抑制技术外，语音增强技术也是一种重要的语音处理手段。
它通过调节语音信号的频谱特性，改善语音信号的质量，为语音识别系统提供更清晰、准确的输入。
常见的语音增强技术包括谱减法、频谱平滑法和频谱估计法等。
1. 谱减法谱减法是一种常用的语音增强方法，它通过对语音信号的频谱进行减噪处理，去除噪声成分，提高语音信号的质量。
谱减法的基本原理是通过对语音信号的短时傅里叶变换，将频谱信息进行分析和处理。
2. 频谱平滑法频谱平滑法是一种通过平滑语音信号的频谱来增强语音质量的方法。
它通过对语音信号的频谱进行滤波，去除高频噪声成分，使得语音信号更加平滑。
语音增强算法的研究与实现的开题报告
语音增强算法的研究与实现的开题报告一、选题背景随着语音人机交互技术的不断发展，如今的语音应用场景越来越广泛。
但是，由于录音环境的复杂性和录音设备的差异性，很多语音数据存在着各种噪声干扰，导致语音信号质量下降，进而影响语音识别和语音合成等技术的准确性和稳定性。
因此，语音增强算法成为语音信号处理中的一个重要环节，在提高语音质量和降低噪声干扰方面发挥着重要的作用。
二、选题意义语音增强算法的研究与实现有以下几个方面的意义：1. 提高语音质量：语音增强算法可以有效去除噪声干扰，提高语音信号的质量，进而提升语音识别和语音合成等技术的准确性和稳定性。
2. 保证语音通信的质量：在语音通信、网络电话等实时语音应用中，语音增强算法可以平滑话音，避免语音中断和失真，提升语音通信质量。
3. 丰富语音应用场景：语音增强算法可以使得语音应用能够在更加复杂的环境中应用，比如在嘈杂的街头、公交车、火车等场景中，提升语音交互的便捷性和可靠性。
三、研究内容本次论文的主要研究内容包括：1. 对语音信号进行预处理，包括语音信号的分帧、时域和频域特征提取等操作。
2. 综合比较不同的语音增强算法，主要包括基于频域的算法、基于时域的算法和混合算法等，选择适合当前任务的算法作为研究对象。
3. 对所选算法进行优化，改善算法的性能和效果，比如增强算法的稳定性、抗干扰能力以及各项性能指标。
4. 对所选算法进行仿真和测试，验证算法的性能和可行性，比如算法的增强效果、运行速度以及稳定性等指标。
四、研究方法本论文采用如下研究方法：1. 文献调研：综合调查语音增强算法的理论研究和实践应用，深入分析各类算法的原理、特点和局限性，从中挑选出适合当前任务的算法。
2. 数据收集：收集各种噪声干扰的语音数据集，并根据任务需求生成相关的数据集，用于算法验证和实验测试。
3. 算法设计：在语音信号预处理的基础上，细化具体的算法设计思路，在考虑算法的性能和效果的前提下，优化算法的参数和结构。
语音增强算法综述及性能分析
语音增强算法综述及性能分析尹栋;蒋涉权;刘宝光;杨立东;王晶【摘要】语音增强是解决噪声污染的一种有效手段,其主要目标就是从带噪语音中尽可能地提取纯净语音,目前已发展为语音信号处理的一个重要分支,在实际中具有重要价值.实际中经常用到的算法主要有谱减法、维纳滤波、基于统计模型的增强算法(如MMSE)和子空间法.主要介绍谱减法、MMSE、两步消噪(TSNR)和子空间法的算法基本原理,并采用客观评价指标对四种典型算法的降噪效果进行比较和分析.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2015(039)005【总页数】5页(P58-61,65)【关键词】语音增强;谱减法;TSNR;MMSE;子空间【作者】尹栋;蒋涉权;刘宝光;杨立东;王晶【作者单位】北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081;北京理工大学信息与电子学院,北京100081【正文语种】中文【中图分类】TN912.35在语音通信中，纯净的语音的编码技术、传输技术和识别技术都已经较为成熟，但在背景噪声和信道噪声存在的情况下，信号处理系统的性能会急剧下降，并最终影响语音的质量。
语音增强是抑制背景噪声、消除干扰、提高语音清晰度和可懂度的重要手段，是语音处理系统的重要组成部分。
虽然经过几十年的研究，提出了很多经典算法，但实际中噪声来源众多，特性变化无穷，随应用场合而异，难以找到一种适用于所有环境的通用的算法，增加了增强的复杂性。
语音增强是一门涉及面很广的综合性学科，不仅涉及到信号检测、波形估计等传统的信号处理理论，还与生理学、语言学等理论密切相关，因此，要综合考虑语音特性、听觉感知和噪声特性，根据实际环境选用合适的增强算法。
语音增强算法分类方法众多，从信号输入的通道数上可分为单通道的语音增强算法和多通道的语音增强算法，从算法理论上又可以分为以下几种:基于短时谱估计的方法，经典算法有谱减法、维纳滤波等;基于统计模型的语音增强算法，这类算法通常需要准确知道噪声和语音的联合统计量或概率模型，然后结合某种失真准则得到增强算法的增益函数，如最小均方误差估计(Minimum Mean Square Error，MMSE)算法;基于听觉掩蔽效应的语音增强算法，这类算法通过结合掩蔽模型改变带噪语音的短时谱幅度，将噪声能量控制在阈值以下，达到最大限度地掩蔽残留噪声和防止语音失真，通常将掩蔽效应和其他方法结合起来;子空间法，基于子空间的语音增强算法与其他算法相比，具有语音失真小、残留噪声小、音乐噪声不明显的优点，还适用于多通道语音增强系统，是目前研究的热点［1－2］。
语音增强技术及算法综述
２ 语音增 强算法
根 据语 音和噪声的特点 ，出现 了很多种语 音增 强算法 ｌ 引 。
比较 常 用 的有 噪 声 对 消法 【 ３ ｉ 相 减 法 、维 纳 滤 波 法 、卡 尔 曼 、谱 滤 波 法 、ＦＲ 自适 应 滤 波 法 等 。此 外 ，随 着 科 学 技 术 的发 展 ， Ｉ 又 出 现 了 一 些 新 的增 强 技 术 ，如 基 于神 经 网 络 的 语 音 增 强 、 基 于 ＨＭ 的语音 增 强 、基 于 听觉 感 知 的 语 音增 强 、基 于 多 分 Ｍ
Ｓ ｅ ｃ ｈ ｎ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｉ ｉ ｐ ｅ ｈ Ｅｎ ａ ｃ ｄＴ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｓＡｒ ｔ ￣ｍｅｉａ ｕ ｔ ｌ ｍｍａｉａｉｎ ｃ Ｓ ｒ ｔ ｚ ｏ
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将指数概括 ，式 （）可 以改写成式 （） 的形式 ： ４ ５
人 工 智 能及 识别 技术
靠膏 ＝ ｋ １ （一 ） （）（） ｈＡｋ １－ — ） （ ） （一 ） 七 １ 青ｌ七一 （一 ） ｋ １ １ 量 ＋ ｘ ． ｉ （ ｌ ）
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音频信号处理中的语音增强算法研究综述
音频信号处理中的语音增强算法研究综述引言：在现实生活中，由于各种环境因素的干扰，语音信号往往受到噪声的影响而变得模糊不清。
为了提高语音信号的质量和可理解性，研究者们致力于开发各种语音增强算法。
本文将对音频信号处理中的语音增强算法进行综述，从传统方法到深度学习方法，分析其原理、应用和优缺点。
传统语音增强算法：1. 统计模型方法统计模型方法是传统语音增强算法中常用的一种方法。
该方法通过对语音信号和噪声进行建模，通过最大似然准则来估计语音信号的参数，进而实现语音增强。
代表性的算法有谱减法(Spectral Subtraction)、最小均方误差法(Minimum Mean Square Error)等。
这些算法在一定程度上能够减小噪声的影响，提高语音信号的质量，但也存在一定的缺点，例如对于非平稳噪声和低信噪比情况下的处理效果并不理想。
2. 子空间方法子空间方法是基于统计模型方法的另一种改进方法。
该方法通过运用降维、投影等技术，将噪声信号和语音信号从不同的子空间中进行建模和分离。
其中，主成分分析(Principal Component Analysis)和独立分量分析(Independent Component Analysis)是常用的子空间方法。
这些方法具有较好的噪声抑制效果，但也存在对信号相关性的依赖性，对噪音类型的预先知识要求较高等问题。
深度学习方法：随着深度学习的快速发展，越来越多的研究者开始将其应用于语音增强领域，并取得了显著的成果。
1. 卷积神经网络(CNN)卷积神经网络是一种使用卷积层和池化层进行特征提取的神经网络模型。
在语音增强领域，研究者们通过将噪声信号和语音信号输入到CNN中，以降低噪声的影响并提取有用的语音特征。
例如，Deep Convolutional Neural Networks(DCNN)被广泛应用于单麦克风语音增强任务中，取得了较好的增强效果。
2. 循环神经网络(RNN)循环神经网络是一种具有记忆能力的神经网络模型，适用于连续序列数据的处理。
基于深度学习的语音增强算法研究
基于深度学习的语音增强算法研究深度学习技术的不断发展为语音增强算法的研究提供了新的机遇和挑战。
语音增强算法是一种通过对原始语音信号进行处理，提高语音信号质量和可理解性的技术。
在实际应用中，由于环境噪声、麦克风质量等因素的影响，语音信号常常存在着噪声、回声等问题，这对于人们的正常交流和机器识别造成了困扰。
因此，研究和开发高效可靠的语音增强算法对于提升人机交互体验、改善通讯质量具有重要意义。
在过去几十年中，研究者们提出了许多不同类型的语音增强算法。
传统基于信号处理方法主要包括降噪滤波器、频谱估计等技术。
这些方法通常基于统计学原理或者模型假设，并通过滤波或者频谱变换等方式对原始信号进行处理。
然而，在复杂环境下这些方法往往效果有限，并且很难适应不同类型噪声。
近年来，深度学习技术在图像识别、语音识别等领域取得了巨大成功，也为语音增强算法的研究带来了新的思路和方法。
深度学习算法能够自动学习和提取输入数据的高层次特征，并且能够处理非线性问题。
这些特点使得深度学习在语音增强领域具有巨大潜力。
基于深度学习的语音增强算法主要包括自编码器、卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）、生成对抗网络（GAN）等。
这些算法通过对大量带有噪声的语音数据进行训练，能够学习到噪声和干净语音之间的映射关系，并且生成高质量、清晰可辨的增强语音信号。
自编码器是一种常用于无监督学习任务中的神经网络模型，其主要目标是将输入信号通过编码器映射到一个低维潜在空间中，并通过解码器将其重构回原始空间。
在语音增强任务中，自编码器可以用于提取输入信号中与噪声无关的特征，并且通过解码器重构出清晰可辨的干净信号。
卷积神经网络是一种能够有效处理空间相关性的神经网络模型。
在语音增强任务中，卷积神经网络可以通过卷积层和池化层等操作，对输入语音信号进行特征提取和降维，从而提高增强效果。
此外，卷积神经网络还可以通过堆叠多个卷积层和全连接层等结构，构建深层网络模型，进一步提高语音增强的性能。
一种基于CASA的单通道语音增强方法
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】Ａ ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ — ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ ｐ ｅ ｅ ｃ ｈ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ａ ｕ ｄ ｉ ｔ ｏ ｒ ｙ Ｓ ｃ ｅ ｎ ｅ Ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｉ ｓ ｐ ｒ ｅ ｓ —
ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｐ ｅ ｅ ｃ ｈ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ． Ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍ ｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｕ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ
算法能够更有效地 抑制 白噪声 、 风 噪声、 周期性噪声等背景噪声。
【 关键词 】语音增 强； 计算听觉场景分析 ； 线索； 掩蔽 【 中图分类号】Ｔ Ｎ ９ １ ２ ． ３ ５ 【 文献 标志码 】Ａ
Ｙ Ｕ Ｓ ｈ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ ， Ｌ １ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｍ ｅ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｒ ｕ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ （ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｓ ， Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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几种单通道的语音增强算法研究
作者：杨龙
来源：《科技视界》2015年第26期
【摘要】对目前常用的几种单通道语音增强算法，即谱减法、最小均方误差估计以及子空间算法进行研究，通过仿真实验对三种单通道语音增强算法的去噪效果和去噪后语音失真程度以及信噪比进行比较分析，由此论证三种方法的使用条件和在该条件下的增强效果。
【关键词】语音增强；去噪；信噪比
The Search of Single Channel Speech Enhancement Algorithms
YANG Long
（Department of Information Engineer， Academy of Armored Forces Engineering， Beijing 100072，China）
【Abstract】The paper compares the commonly used several kinds of single channel speech enhancement algorithms， such as spectral subtraction， minimum mean square error estimation and subspace algorithm. Through the experiments， the paper aims at arguing the performance of the three kinds of single channel speech enhancement algorithms and gains the condition and environment of using the algorithms..
【Key words】Speech enhancement；De-noise；SNR
语音通信是最直接有效的传递信息的手段，随时代的发展，语音通信质量不断被提出更高的要求，因而语音增强技术一直是研究的热点，语音增强算法层出不穷。
语音增强算法可根据麦克风的通道数分为单通道和多通道。
由于模型简单和成本较低，单通道语音增强算法一直被广泛的应用并不断研究推广。
常见的单通道语音增强算法有谱减法，基于统计的方法，子空间，维纳滤波等。
1 三种单通道语音增强算法
1.1 谱减法
谱减法基本思想是假设加性噪声的情况下，从带噪语音的频谱估值中减去噪声频谱估值，从而得到纯净语音的频谱估值。
谱相减法的一般形式如图1所示，Y（ω）是带噪语音频域形式，（ω）为噪声频谱估计。
1.2 最小均方误差估计（MMSE）
基于短时频谱幅度（STSA）对于语音可懂度和质量的重要性，研究者提出了从已知带噪信号中提取信号幅度谱的最优方法——最小均方误差估计法（MMSE），其估计式如下，
（k）=exp（dt）R（k）
公式（3）中，（k）是纯净语音幅度估计值，R（k）是带噪语音幅度估计值，为先验信噪比。
此法关键在优化算法结构，减少计算量。
并且，先验信噪比估计的准确度也对整体增强效果有较大的影响。
1.3 子空间算法
基于信号子空间的语音增强算法以线性代数为基础，通过正交分解的思想将带噪信号向量空间分解为分别由纯净信号主导和噪声信号主导的两个子空间，通过去除落在“噪声空间”里的带噪向量分量来估计出纯净语音信号。
利用值分解（SVD），可将带噪信号分解到两个信号子空间，这两个空间相互正交，其中一个为目标信号子空间，另一个为其正交子空间或“噪声子空间”。
子空间算法通用结构如图2示。
为了达到精准实现语音和噪声的空间分割，除了需构建相关变换的U矩阵，还需估计出变换过程中的增益矩阵。
由于以线性代数为基础，在每个语音帧都需进行SVD因此计算量庞大，常以递归法或限定估计数量的方式优化算法结构。
2 实验与分析
通过利用matlab构建仿真环境，本文使用来自NOISEUS语料库的带噪语音对三种经典的单通道语音增强算法进行仿真比较，分析和总结三种算法的优缺点。
所有测试含噪语音来自NOISEUS语料库，选取sp01作纯净语音，选取train，babble和airport作为噪声。
设置0dB和5dB两种信噪比为仿真环境。
带噪语音信号的采样频率设置为8000Hz。
以SNR=5的条件进行仿真的波形图如图3所示。
以SNR和LLR作为测试实验性能的评价标准。
根据文献[]可知，SNR用来评价去噪能力，LLR用来评价语音失真度，SNR越大越好，LLR越小越好。
其仿真结果所获数据见表1。
三种单通道语音增强算法的SNR和LLR从表1可以看出，子空间的SNR和LLR最大，说明子空间去噪效果最好，但语音失真度最大。
MMSE的LLR最小，即语音失真度最低。
在处理低信噪比的含噪语音时，MMSE的去噪能力比谱减法强，而在处理高信噪比的含噪语音时，谱减法的去噪能力比MMSE强。
3 结束语
本文介绍了谱减法、最小均方误差（MMSE）以及子空间法三种单通道的语音增强算法。
通过对三种算法仿真，从数据对三种算法进行了分析，从而论证了三种算法的优缺点及其使用环境与条件。
仿真实验表明，子空间法去噪效果好，但失真大，即可懂度低；MMSE去噪能力稍弱，但是可懂度高；谱减法做为最基本的语音增强算法，在实时性上占据优势，但是去噪效果不如前两种算法。
【参考文献】
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[责任编辑：刘展]。