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强噪声环境下的语音增强算法研究及其DSP实现

作　者: 王瑜琳
导　师: 田学隆
学　校: 重庆大学
专　业: 生物医学工程
关键词: 语音增强自适应滤波变步长LMS 箕舌线函数解相关
分类号: TN912.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

复杂环境中噪声干扰严重影响语音通信的质量，无法正确传达语义，因此语音增强处理十分必要，已成为国内外语音信号处理的一个研究热点。目前，针对语音增强技术的算法种类多种多样，而以自适应滤波技术为基础的噪声对消技术凭借其较强的自我学习及其优良的跟踪性能成为一种被广泛应用的语音增强方法。但是传统自适应滤波算法本身存在适应性差、输入信号高度相关时收敛速度慢等问题，使得其发展受到了一定的限制。为了解决这一问题，本文从自适应滤波理论出发，在分析标准最小均方误差算法(least mean square, LMS)原理以及性能的基础上，综合变步长LMS算法与解相关原理的优点，提出了一种改进的语音增强算法。该算法在利用箕舌线函数来更新自适应滤波步长因子的同时引入解相关原理来进行语音降噪处理。并且文章从算法的跟踪能力、计算复杂度以及语音的增强效果等方面分析、对比了本文提出的算法与其他几种LMS算法，证明了本文提出的算法能有效改善传统算法适应性差、收敛速度慢、稳态误差大等问题。在硬件实现上，文章选用具有高速帧处理能力的DSP芯片作为系统的主控核心，同时利用其多通道缓冲串口(McBSP)与扩展音频接口芯片TLV320AIC23实现无缝连接。在简化系统设计复杂性的同时，使系统集语音信号的高速采集、降噪处理以及输出于一体。同时文章基于该DSP系统对不同类型的含噪语音进行降噪效果测试。相关实验结果显示，含噪语音经该算法处理后，信噪比得到了显著的提高。此外对增强后语音的试听测试也表明，经本系统处理后的语音明显变得比较清晰，可懂度也得到了较大的提高，达到了增强有用语音的目的。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 语音增强的发展史及发展方向  10-11
  1.3 论文结构及相关工作介绍  11-13
2 语音增强理论基础概述  13-23
  2.1 语音和噪声的基本特征  13-15
    2.1.1 语音统计特性  13-14
    2.1.2 噪声基本特性  14-15
    2.1.3 含噪语音模型  15
  2.2 语音信号的数字化处理  15-16
  2.3 语音增强算法概述  16-19
    2.3.1 参数估计法  16-17
    2.3.2 小波变换法  17-18
    2.3.3 非参数估计法  18-19
  2.4 语音增强效果评价标准  19-22
    2.4.1 语音主观评价  19-21
    2.4.2 语音客观评价  21-22
  2.5 本章小结  22-23
3 改进的语音增强算法  23-41
  3.1 自适应滤波  23-26
    3.1.1 自适应滤波基本原理  23-24
    3.1.2 自适应滤波算法  24-25
    3.1.3 自适应噪声对消  25-26
  3.2 变步长 LMS 算法  26-28
    3.2.1 固定步长 LMS 算法  26-27
    3.2.2 基于箕舌线函数的变步长 LMS 算法  27-28
  3.3 基于解相关原理的改进变步长 LMS 算法  28-31
    3.3.1 解相关原理  28-29
    3.3.2 解相关变步长 LMS 算法  29-31
  3.4 LMS 算法主要性能指标与关键因素分析  31-34
    3.4.1 算法性能评价指标分析  31-34
    3.4.2 影响 LMS 算法性能的关键因素分析  34
  3.5 基于 MATLAB 的算法仿真测试分析  34-40
    3.5.1 算法性能仿真测试  34-37
    3.5.2 语音增强效果仿真测试  37-40
    3.5.3 噪声对消下的语音损伤度分析  40
  3.6 本章小结  40-41
4 基于 DSP 的自适应语音增强系统的硬件设计与实现  41-53
  4.1 核心芯片功能简介  41-44
    4.1.1 主控芯片—TMS320F2812  41-43
    4.1.2 音频处理芯片—TLV320AIC23  43-44
  4.2 语音降噪系统设计  44-49
    4.2.1 系统处理流程及总体结构设计  44-45
    4.2.2 TLV320AIC23 与 TMS320F2812 接口设计  45-48
    4.2.3 系统外围电路设计  48-49
  4.3 TLV320AIC23 与 DSP 通信协议  49-51
  4.4 本章小结  51-53
5 语音增强系统软件设计与 DSP 实现  53-67
  5.1 集成开发环境 CCS 功能简介  53-54
  5.2 DSP 系统串口初始化程序设计  54-57
    5.2.1 音频处理芯片 TLV320AIC23 初始化配置  54-56
    5.2.2 McBSP 初始化配置  56-57
  5.3 语音增强算法的 DSP 实现  57-63
    5.3.1 DSP 系统主程序开发流程  58-60
    5.3.2 自适应滤波算法的 DSP 实现  60
    5.3.3 DSP 系统的中断处理流程  60-61
    5.3.4 存储空间设计  61-63
  5.4 语音增强系统性能测试与分析  63-65
    5.4.1 系统稳定性测试  63
    5.4.2 语音增强算法的 DSP 降噪效果测试与分析  63-65
  5.5 本章小结  65-67
6 总结与展望  67-69
  6.1 总结  67-68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-71
参考文献  71-75
附录  75
  作者在攻读学位期间发表的论文目录  75

强噪声环境下的语音增强算法研究及其DSP实现

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