【正文】 3 三、語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展 2 二、噪聲的種類和特點(diǎn) 2 第一節(jié) 語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀 with the enhancement algorithm of wavelet transform under different SNR noisy speech down noise, simulation results show that the wavelet transform has good noise reduction effect. 【 Key words】 speech enhancement wavelet transform denoising Matlab simulation 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） － IV－ 目 錄 前 言 介紹了幾種常用的小波及其應(yīng)用特點(diǎn)。小波閾值去噪的主要思想是當(dāng)含噪信號(hào)經(jīng)小波變換由時(shí)域變換到小波域時(shí)，信號(hào)的小波系數(shù)相對(duì)集中在有限的區(qū)域內(nèi)，而噪聲的小波系數(shù)將分散到整個(gè)小波域。 主 要 參 考 文 獻(xiàn) 楊行峻，遲惠生等．語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字處理 [M]．北京：電子工業(yè)出版社， 1995． 蕭寶謹(jǐn)．信息論與編碼 [M]．山東：兵器工業(yè)出版社， 2020． 楊力華．信號(hào)處理的小波導(dǎo)引 [M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020． 指導(dǎo)教師簽字： 2020 年 1 月 5 日 教研室主任簽字： 2020 年 1 月 6 日 備注：此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，并于畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)始前下達(dá)給學(xué)生。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目 :______基于小波變換的語(yǔ)音增強(qiáng) ___ _ 算法的分析 _______________ 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )任務(wù)書(shū) 設(shè)計(jì) (論文 )題目 基于小波變換的語(yǔ)音增強(qiáng)算法的分析 學(xué)生姓名 系別 通信工程系 專業(yè) 通信工程 班級(jí) 01111008 指導(dǎo)教師 胡章芳 職稱 副教授 聯(lián)系電話 18725875566 教師單位 重慶郵電大學(xué) 下任務(wù)日期 __2020__年 __1_月 __4__日 主 要 研 究 內(nèi) 容 、 方 法 和 要 求 一、主要研究?jī)?nèi)容： 了解語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的基礎(chǔ)理論及重要性； 掌握語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)； 掌握基于小波變換的語(yǔ)音增強(qiáng)算法技術(shù)； 通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)完成基于小波變換的語(yǔ)音增強(qiáng)算法技術(shù)。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 摘 要 語(yǔ)音信號(hào)處理的實(shí)際應(yīng)用中，不可避免地會(huì)受到來(lái)自周圍環(huán)境噪聲的影響從而導(dǎo)致語(yǔ)音質(zhì)量的下降。因此，即使輸入信噪比比較低，信號(hào)變換后的小波系 數(shù)也要大于噪聲的小波系數(shù)。通過(guò)實(shí)例分析比較不同小波類型的應(yīng)用特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)的了解，能夠在不同的環(huán)境下選取合適的小波類型進(jìn)行故障檢測(cè)，同時(shí)針對(duì)不同的著重點(diǎn)選取恰當(dāng)?shù)男〔ā?9 第三節(jié) 基于維納濾波法的語(yǔ)音增強(qiáng) 11 一、小波變換與傅里葉變換 13 四、 Mallat 快速分解法 19 一、屏蔽去噪法 21 第四章 基于 MATLAB 的算法實(shí)現(xiàn)與分析 22 第一節(jié) MATLAB 語(yǔ)言介紹 24 一、算法實(shí)現(xiàn) 24 三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析 24 第三節(jié) 本章小結(jié) 30 附 錄 32 一 、 英文原文 軍事通信 中，指揮員的作戰(zhàn)命令和戰(zhàn)斗員的戰(zhàn)情匯報(bào)都需要用語(yǔ)音來(lái)表達(dá)，由于 戰(zhàn)斗環(huán)境中的聲環(huán)境惡劣，特別是炸彈產(chǎn)生的沖擊性噪聲，使有用信號(hào)完全淹沒(méi)在噪聲中。在實(shí)際生活中，語(yǔ)音信號(hào)無(wú)時(shí)無(wú)地不受各種噪聲干擾。所以必須針對(duì)不同噪聲，采用不同的語(yǔ)音增強(qiáng)對(duì)策。在很多語(yǔ)音處理系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的整體性能，需要事先對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，降低噪聲對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的影響。噪聲來(lái)源于實(shí)際的環(huán)境中，其特性復(fù)雜，很難找到一種語(yǔ)音增強(qiáng)系統(tǒng)可以適應(yīng)所有的噪聲環(huán)境。實(shí)際環(huán)境中背景噪聲可以看做加性噪聲。語(yǔ)音處理中的加性噪聲大致上有：周期性噪聲、脈沖噪聲、寬帶噪聲和同聲道的其他語(yǔ)音干擾等。 （二）脈沖噪聲 脈沖噪聲來(lái)源于爆炸、撞擊和放電等，表現(xiàn)為時(shí)域波形中突然出現(xiàn)的窄脈沖。 （四）同聲道語(yǔ)音干擾 多個(gè)語(yǔ)音信號(hào)在一個(gè)信道中同時(shí)傳輸相互干擾而產(chǎn)生的現(xiàn)象稱為同聲道語(yǔ)音干擾。 三、語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展 正如前面提到的，由于噪聲特性各異，因此語(yǔ)音增強(qiáng)方法也不同。如果實(shí)際噪聲或語(yǔ)音條件與模型的有較大的差距或提出模型參數(shù)有困難，這類方法容易失效。 （三）統(tǒng)計(jì)方法 統(tǒng)計(jì)方法較多的利用了語(yǔ)音和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性，一般需要建立模型庫(kù)，需要訓(xùn)練過(guò)程獲得初始統(tǒng)計(jì)參數(shù)，它與語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)的聯(lián)系很密切。在對(duì)語(yǔ)音信號(hào)和噪聲信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，選擇合適的統(tǒng)計(jì)方法可以有效地確定語(yǔ)音和噪聲的特征參數(shù)。小波變換能將信號(hào)在多個(gè)尺度上進(jìn)行小波分解，各尺度上分解所得到的小波變換系數(shù)代表信號(hào)在不同分辨率上的信息。在這個(gè)信息化高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代社會(huì)，數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的傳送、存儲(chǔ)、 識(shí)別、合成以及增強(qiáng)是現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)中極為重要的組成部分。 一、 語(yǔ)音合成 在語(yǔ)音合成技術(shù)的發(fā)展中，早期的研究主要是采用參數(shù)合成方法。 現(xiàn)階段語(yǔ)音合成的最大進(jìn)展是已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)地將任意文本 轉(zhuǎn)換 成連續(xù)可懂的自然語(yǔ)句輸出。 語(yǔ)音編碼是通過(guò)減少語(yǔ)音信號(hào)的冗余度和利用人耳掩蔽等特性實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮， 目的就是在保證一定語(yǔ)音質(zhì)量的前提下，盡可能降低編碼的比特率，以節(jié)省頻率資源。然而語(yǔ)音識(shí)別也有缺陷，它涉及的分類眾多，技術(shù)難點(diǎn)多，環(huán)境影響大，識(shí)別率不高等等，這都是未來(lái)需要解決的難題。 語(yǔ)音增強(qiáng)算法的研究對(duì)人的語(yǔ)音感知和聽(tīng)覺(jué)機(jī)理、聽(tīng)覺(jué)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)的借鑒仍然是不充分的。 全文結(jié)構(gòu)如下： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第一章簡(jiǎn)要介紹了語(yǔ)音信號(hào)處理的概況和語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)的基本概念，本文主要的研究?jī)?nèi)部和論文結(jié)構(gòu)； 第二章 深入研究了幾種常見(jiàn)的語(yǔ)音增強(qiáng)算法； 第三章 介紹了小波變換的基本概念以及多分辨小波分析的構(gòu)造，并介紹了小波在信號(hào)處理中的應(yīng)用； 第四章詳細(xì)介紹 Matlab 軟件的功能與應(yīng)用，利用 Matlab 進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。自適應(yīng)濾波器通常采用 FIR 濾波器，以誤差 e(n)最小為標(biāo)準(zhǔn)，濾波器系數(shù)通過(guò)最小均方誤差準(zhǔn)則迭代估計(jì)。 由于自適應(yīng)噪聲抵消法使用參考噪聲作為輔助輸入，可以隨時(shí)對(duì)噪聲分量做出比較好的估計(jì)，該方法對(duì)于帶噪語(yǔ)音信號(hào)的增強(qiáng)效果較好。 通過(guò)引入?yún)?shù)，譜減法可以提供更大的靈活性，式（ ）給出代參譜減法表達(dá)式： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ???? ??? 其它，bbbbbbN NSNYS || |||||||||| ?? ????????? （ ） 當(dāng) 1?b 時(shí)，式（ ）代表幅度譜減；當(dāng) 2?b 時(shí)，表示功率譜減。 第三節(jié) 基于維納濾波法的語(yǔ)音增強(qiáng) 另一種可供選擇的方法是設(shè)計(jì)一個(gè)線性濾波器 H 使得增強(qiáng)后信號(hào)具有最小均方誤差，也即 ? ? ? ? ? ?khkyks ??? ,滿足 ? ? ? ?? ?? ?2ksksE ???? 最小。維納濾波相對(duì)譜減法的主要優(yōu)勢(shì)在于：增強(qiáng)后語(yǔ)音的殘留噪聲類似于白噪聲，“音樂(lè) 噪聲”得到了很大抑制。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 第三章 小波變換在信號(hào)處理中的應(yīng)用 小波分析的主要優(yōu)點(diǎn)就是能夠分析信號(hào)的局部特征和檢測(cè)出許多其他分析方法忽略的信號(hào)特征，因此它擁有“數(shù)學(xué)顯微鏡”的稱號(hào)。同時(shí)小波變換與人耳的聽(tīng)覺(jué)特性非常相似，便于研究利用人耳的聽(tīng)覺(jué)特性，是分析語(yǔ)音這種非平穩(wěn)信號(hào)的有力工具，所以近年來(lái)有很多研究者都利用小波變換來(lái)處理語(yǔ)音信號(hào)。信號(hào) f(x)的傅里葉變換公式和反演公式為： 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 ? ?? ? ? ? dxeFxfdxexfFxixi?????????????????21)( （ ） 傅里葉變換能夠反映信號(hào)的頻譜特性，這點(diǎn)決定了他在信號(hào)分析中的地位。 另一方面，在分析信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)，在分析高頻信號(hào)時(shí)需要對(duì)時(shí)域中時(shí)間長(zhǎng)度較短的信號(hào)分析才能得到高頻分量；對(duì)低頻信號(hào)，由于周期較長(zhǎng)則需要對(duì)時(shí)域中時(shí)間較長(zhǎng)的信號(hào)進(jìn)行分析，這樣才能得到一個(gè)周期內(nèi)的完整信號(hào)。 連續(xù)小波變換中的參數(shù) a ， b 以及 x 都是連續(xù)的變量，為了能更好的將小波算法移植到機(jī)器上，必須使用離散小波變換 DWT(Discrete wavelet transform)。實(shí)際應(yīng)用中，處理的信號(hào)基本上時(shí)能量有限的離散數(shù)字信號(hào)，使得離散小波變換已經(jīng)足夠。 當(dāng)滿足 ? ? ? ? ? ?tsDtsPtsP 110 ?? 條件時(shí)，說(shuō)明函數(shù)族 ? ?? ? ? ?ntt 11 ??? 22 2/n,1 ?? 組成的空間 1V 和函數(shù)族 ? ?? ? ? ?nxx 11 ??? 22 2/n,1 ?? 組成的空間 1W 互為空間 0V 的正交補(bǔ)，即 110 WVV ?? （ ） 在多分辨分析中，正交小波 ??t? 的構(gòu)造非常重要，直接決定了低通濾波器和高通濾波器的特性。利用 ? ?? ?Zn,nh ? 和 ? ?? ?Zn,ng ? 作為濾波器的沖激響應(yīng)，構(gòu)建低通濾波器 ???H 反映信號(hào)的低頻趨勢(shì)，高通濾波器 ???G 反映 信號(hào)的高頻細(xì)節(jié)，從而對(duì)信號(hào)進(jìn)行遞推分解 [8]。 圖 j 層小波分解 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 圖 小波分解示意圖 圖 小波重構(gòu)示意圖 對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解實(shí)際上就是對(duì)離散信號(hào)做雙通道濾波的過(guò)程，雙通道濾波器組? ?? ?Zn,nh ? 和 ? ?? ?Zn,ng ? 有所選取的小波函數(shù)決定。 Haar 函數(shù)與下面將要介紹的 db 小波函數(shù)是一樣的。 假設(shè)? ? 1 10N N k kkkP y C y? ???? ?， 其中1NkkC??，為二項(xiàng)式的系數(shù)，則 ? ?2 220 c o s s inNmP??? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? （ ） 其中， ? ? 210 012N jkkkm h e ??? ??? ? （ ） 該小波系有如下特性： ① 小波函數(shù) y 和尺