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基于听觉掩蔽的语音增强算法及DSP实现

作　者: 张芙蓉
导　师: 牟海维
学　校: 大庆石油学院
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 语音增强听觉掩蔽音乐噪声 DSP
分类号: TN912.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 77次
引　用: 1次
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内容摘要

实际环境中噪声无处不在、无时不有,影响着语音的质量,尤其在高噪声环境中,人耳无法分辨语音,不能从环境中提取有用的信息,因此,对被噪声污染的语音进行增强处理是十分必要的。语音增强的目的是减少带噪语音中的噪声干扰,使之尽可能的接近纯净语音,从而使听者在接收语音时减少疲劳感。近年来,人们对语音增强技术给予越来越多的关注,使得各种语音增强方法悄然兴起。本文在对语音与噪声特性分析基础上,详细地研究了几种常用的语音增强算法(自适应滤波法、维纳滤波法和谱减法及其改进算法)。结合仿真结果,分析了各种算法的优缺点及产生原因,并且重点分析了谱减法增强产生音乐噪声的原因。针对减少音乐噪声这一问题,重点研究了基于听觉掩蔽的语音增强算法。首先分析了人耳的听觉特性——时频分析特性及听觉掩蔽效应。研究了几种常用的听觉掩蔽模型原理,并且根据各模型的特点,本文采用了Johnston模型用于听觉掩蔽阈值的计算。然后,在研究人耳特性及听觉掩蔽模型的基础上,深入地研究了基于谱减法的听觉掩蔽语音增强和基于MMSE法的听觉掩蔽增强的算法原理,并且对这两种算法进行了不同背景噪声环境下的仿真。通过仿真结果分析发现,由于语音初估计的误差将会导致掩蔽阈值计算的误差,从而影响整个算法的增强效果,因此本文提出了改进的基于听觉掩蔽的语音增强算法。该算法在语音初估计时采用噪声实时更新与多频带分析相结合的方法,然后再结合听觉掩蔽效应,利用初估计的语音计算出掩蔽阈值,由掩蔽阈值动态的调节谱减参数。最后对算法进行了Matlab仿真,并且对仿真结果进行了较为全面的性能分析比较。在算法的实现部分,分析了实验所用硬件平台主要部分的结构功能,对通过Matlab仿真验证的改进算法进行了系统的软件设计及算法编程,并且在CCS开发环境下调试且通过。最后将程序下载到ICETEK-VC5416-A开发板中成功地运行。实验结果表明改进的算法能够在抑制背景噪声的同时,有效地减少音乐噪声、降低听觉疲劳感,并且能够实时实现。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-11
第一章绪论  11-13
  1.1 课题研究的背景及意义  11
  1.2 语音增强研究概况  11-12
  1.3 语音增强研究的发展方向  12-13
第二章语音增强的基本原理及方法  13-24
  2.1 语音和噪声特性  13-14
    2.1.1 语音特性  13
    2.1.2 噪声特性  13-14
  2.2 语音信号预处理  14-15
    2.2.1 带噪语音信号模型  14-15
    2.2.2 带噪语音信号分帧加窗  15
    2.2.3 窗的选择  15
  2.3 语音增强的基本原理及方法  15-23
    2.3.1 常用方法的基本原理  16-20
    2.3.2 实验仿真及结果分析  20-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章基于听觉掩蔽效应的语音增强  24-41
  3.1 人耳的听觉系统  24-28
    3.1.1 人耳的构造及各部分功能  24-25
    3.1.2 绝对听阈  25-26
    3.1.3 临界频带  26-27
    3.1.4 人耳的听觉掩蔽特性  27-28
  3.2 听觉掩蔽模型  28-30
    3.2.1 Terhardt 模型  28-29
    3.2.2 Johnston 模型  29
    3.2.3 MPEG 模型  29-30
  3.3 基于听觉掩蔽效应的语音增强算法  30-40
    3.3.1 基于谱减法的听觉掩蔽增强  31-33
    3.3.2 基于MMSE 的听觉掩蔽增强  33-35
    3.3.3 掩蔽阈值的计算  35-37
    3.3.4 实验仿真和结果分析  37-40
  3.4 本章小结  40-41
第四章基于听觉掩蔽效应语音增强的改进算法  41-59
  4.1 基于听觉掩蔽效应算法的不足  41
  4.2 改进算法原理  41-45
    4.2.1 噪声的估计  41-42
    4.2.2 多频带分析  42-45
  4.3 实验仿真及结果分析  45-58
    4.3.1 波形图与信噪比的分析  45-57
    4.3.2 增强语音的其它性能分析  57-58
  4.4 本章小结  58-59
第五章算法的实现  59-68
  5.1 硬件平台介绍  59-61
  5.2 系统软件设计  61-63
  5.3 算法的实现  63-67
    5.3.1 CCS 集成开发环境  63-65
    5.3.2 程序加载  65
    5.3.3 增强算法的处理结果与分析  65-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-72
发表文章目录  72-73
致谢  73-75
详细摘要  75-83

基于听觉掩蔽的语音增强算法及DSP实现

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