【正文】 要提取模型參數(shù)（如基因周期、 LPC 系數(shù)），常常使用迭代方法。常用的濾波器模型有梳狀濾波器，維納濾波器和卡曼濾波器等。這種方法包括：譜減法、自適應濾波等。如 最小均方誤差估計（ MMSE）、聽覺掩蔽效應等。在小波變換和離散余弦變換中常使用來尋找合適的閾值參數(shù)，在基于聽覺掩蔽效應的語音增強系統(tǒng)中葉經(jīng)常使用統(tǒng)計方法來確定聽覺掩蔽閾值。 （四）其他方法 如小波變換、卡亨南 洛維變換（ KLT）、離散余弦變換（ DCT）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。在沒有噪聲 先驗知識的情況下，從唯一帶噪語音信號中分離出語音信號，這非常困難。語音信號和噪聲之間具有不同的 Lipschitz 指數(shù)，即信號具有正奇異性，而隨機噪聲具有負奇異性。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 二 節(jié) 語音信號處理技術(shù)概況 語言是人類交換信息最方便，最快捷的一種方式 [2]。 語音信號處理與很多領(lǐng)域的知識體系都有非常密切的關(guān)系，是語音和數(shù)學信號處理這兩個學科衍生出來的邊緣學科。數(shù)字語音信號合成的主要分支。但真正具有實用意義的近代語音合成技術(shù)是隨著計算機技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，主要是采用計算機產(chǎn)生高清 晰度、高自然度的連續(xù)語音。相對于傳統(tǒng)的語音播放系統(tǒng)，語音合成技術(shù)節(jié)省了資源空間并且提高了系統(tǒng)的的可擴展性。文語轉(zhuǎn)換使得數(shù)據(jù)通信和語音通信在終端一級實現(xiàn)交融，人們將有望在獲取 Inter信息時，使短信消息服務(wù)、電子郵件等多數(shù)以文本方式提供的信息也能用語音的方式輸出。 二、 語音編碼 語音編碼是將機器采集來的模擬語音信號按照一定規(guī)則轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，而最簡單的方法就是對模擬信號進行 A/D 采樣。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 三、 語音識別 語音識別就是讓機器能夠識別和理解人類的語言內(nèi)容，從而轉(zhuǎn)化成相應的文本或命令的技術(shù)。比 如，在輸入信息的時候，直接說出語音指令比通過鍵盤輸入要更方便很多，在速度上也要快很多。 第三節(jié) 課題研究的背景與意義 在語音通信過程中不可避免地會受到來自周圍環(huán)境和傳輸媒介引入的噪聲、通信設(shè)備內(nèi)部電噪聲乃至其他說話者的干擾。語音識別系統(tǒng)在背景噪聲很強時，識別正確率大大下降；在低速率語音參數(shù)編碼中當模型參 數(shù)受到混雜在語音信號中的背景噪聲嚴重干擾時，重建語音質(zhì)量將急劇惡化等等。一方面是由于神經(jīng)的復雜結(jié)構(gòu)和大腦的復雜作用，使得人們對聽覺機理的研究和認識尚處于非常粗淺的階段，另一方面則是因為語音增強算法的研究人員一般來自于信號處理領(lǐng)域，對語音學、心理學和生理學的結(jié)果沒有給予足夠的重視。 第四節(jié) 課題研究的主要內(nèi)容與結(jié)構(gòu) 本文首先對語音信號處理和語 音增強系統(tǒng)的發(fā)展與現(xiàn)狀做了詳細的介紹；其次對幾種常用的語音增強算法進行了介紹，接著簡要的介紹了小波分析的基本原理以及在信號處理中的應用；深入分析了小波閾值降噪算法的原理，最后 利用 MATLAB 軟件進行了信號降噪的模擬仿真實驗。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第二章 幾種常用的語音增強方法 第一節(jié) 自適應噪聲抵消法 自適應噪聲抵消法可以在未知環(huán)境中跟蹤時變的語音信號 [3]，通過構(gòu)建自適應噪聲濾波器來估計噪聲，使增強后的語音信號達到最優(yōu)，其原理如圖 ： 圖 自適應噪聲抵消法結(jié)構(gòu)圖 如圖 ， s(n)為純凈語音信號， d(n)為加性平穩(wěn)噪聲， y(n)為帶噪聲語音信號， r(n)為自適應濾波器的參考噪聲輸入， v(n)是該濾波器的輸出。自適應濾波器通過對輸入 r(n)進行處理，使得輸出的噪聲估計 v(n)盡 量逼近噪聲 d(n)，從帶噪聲語音中減去噪聲分量，從而實現(xiàn)語音增強的效果。誤差的表達式為： ?? ???????Nk k knrwndnsnvndnsne 1 )()()()()()(）（ （ ） 式 ()中的為自適應濾波器的系數(shù)， N 為濾波器抽頭數(shù)。如果噪聲與語音信號不獨立， 需要在無音期進行噪聲采集來確定濾波系數(shù)。當參考噪聲與語音中的噪聲分量完全重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 相關(guān)時，該算法可以很徹底地抵消掉語音信號中噪聲的分量，大大提升語音信號的可懂度。其基本思想是 [4]： ①假設(shè)語音和噪聲統(tǒng)計獨立噪聲，按幀對語音進行處 理； ②將所有幀分為語音幀和噪聲幀； ③在噪聲幀對噪聲譜 |)(| ?N 進行跟蹤和更新，在語音幀用帶噪語音頻譜 |)(| ?Y 減去噪聲譜幅度則可得到干凈語音頻譜 ? ?|| ?S? 。 ? 與 ? 為自由參數(shù)。這種殘留噪聲是由于噪聲估計不準確引起的，它們隨機地分布在各個頻率階段并且具有一定的節(jié)奏起伏感，被形象地稱之為“音樂噪聲”。式（ ）給出了頻域上統(tǒng)計意義最優(yōu)濾波器的解決方案： 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 ? ? ? ?22 |||| |)(|)( ?? ?? NS SH ?? () 式（ ）也被稱為維納濾波 ，是由 Lim和 Oppenheim于 1979年首次提出來。類似于譜減法，也可對維納濾波器進行改進，得到帶參數(shù)型維納濾波器： ? ? ? ? ???? ?? ???????? ?? 222 |)(|)(NS SH (） 對照式（ ）可知式（ ）相當于 2/11 ?? ?? ， 的情況，當 2/11 ?? ?? ， ，式（ ）相當于功率譜濾波。但是維納濾波是基本平穩(wěn)條件下最小均方誤差下的最優(yōu)估計，實際環(huán)境中，由于噪聲是非平穩(wěn)的，語音也是非平穩(wěn)的，這使得維納濾波存在一定的缺陷。下一章將介紹能夠在頻域同時對信號進行處理的 小波變換，并研究基于小波分析的語音增強算法。小波變換作為一種數(shù)字理論和方法在科學技術(shù)和工程界引起了越來越多的關(guān)注和重視。 第一節(jié) 小波理論的提出與發(fā)展 小波變換是近 10 年來迅速發(fā)展起來的一種時頻局部 分析方法，它克服了短時傅里葉變換固定分辨率的缺點，能夠?qū)⑿盘栐诙喑叨榷喾直媛噬线M行小波分解，各尺度上分解得到的小波系數(shù)代表信號在不同分辨率上的信息。小波變換去噪的原理是：語音信號的能量集中在低頻段，而噪聲能量則主要集中高頻段，這樣就可將噪聲小波系數(shù)占主要成分的那些尺度上的噪聲小波分量置零或給予很小的權(quán)重，然后用處理后的小波系數(shù)重構(gòu)恢復信號。 第二節(jié) 小波變換的基本性質(zhì) 一、小波變換與傅里葉變換 在信號處理領(lǐng)域，傅里葉變換無疑是最重要的方法之一，是一個強有力的信號分析工具，并且具有很重要的物理意義 [6]。對平穩(wěn)信號來說，理想工具是傅里葉變換，然而實際中，大多數(shù)的信號均含有大量的非穩(wěn)態(tài)成份。而傅里葉變換是一種全局的變換，只能反映信號的整體特征，在時域不能局部化，難以檢測到局域突變信號，然而在實際應用中，人們感興趣的信息往往都是在局部突然變化的信號里體現(xiàn)。小波變換正具有這樣的調(diào)節(jié)能力。小波母函數(shù)根據(jù)參數(shù) ? ?ba,生成連續(xù)小波序列： ? ?? ? 0||1, ??????? ?? aa bxaxba ?? () 信號 ??xs 的連續(xù)小波變換為： ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ????? ?????? xxsdxxxsbaW babaS , , ?? () 式（ ）中 ? ???xba?,? 為 ? ???xba,? 的共軛復數(shù)。 重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 首先對參數(shù) a 和 b 離散化，定義 maa 0? 為小波函數(shù)的尺度參數(shù)， SmTnab 0? 為該尺度上的平移參數(shù) ,得到離散小波序列 ? ?? ? ZnmnTa xax Smmnm ????????? ?? ? ,02/0, ?? () 在大多數(shù)的離散小波中， 1,20 ?? STa ，即： ? ?? ? ? ?nxax mmnm ?? ?? 22/0, ?? （ ） 還有一種特殊的情況，只對尺度因子 a 做離散化處理并令 20?a ，得到的小波函數(shù)稱為二進小波： ? ? Zmbxxmmbm ??????? ?? ? 22 2/),( ?? () 這就相當于尺度參數(shù) a 取離散二進制數(shù)值 mma ??2 時的連續(xù)小波變換。在連續(xù)的尺度參數(shù)和平移參數(shù)上計算小波系數(shù)的工作量非常大，并且會得到更多冗余的數(shù)據(jù)。 三、 多分辨分析 由于連續(xù)小波變換（ CWT）和離散小波變換（ DWT）對小波基函數(shù)都沒有正交性，因此，得到的變換系數(shù)存在大量的冗余。 在信號分析中，無論是傅里葉變換還是小波變換，其根本思想都是將信號分解成有限或者無限個簡單信號的疊加，變換系數(shù)由信號與基 函數(shù)做內(nèi)積得到，如果使用的基函數(shù)具有正交的性質(zhì)，那么各個基函數(shù)互相不干擾，這樣就可以得到不冗余的變換系數(shù)了。如果 ? ?? ?Zn,nh ? 和 ? ?? ?Zn,ng ? 都為有限長的沖激響應，對信號做多分辨分析時重慶郵電大學移通學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 會非常方便。 四、 Mallat 快速分解法 法國數(shù)學家 Stephane Mallat 于 1988 年在多分辨分析的基礎(chǔ)上提出了 Mallat 快速算法。 對空間 1mV? 上的信號 ??ts ，利用正交基函數(shù) ? ?? ?? ?Zt ?? n,nm ,n? 和 ? ?? ?? ?Zt ?? n,nm ,n? 分解得到 mV 空間上的概貌系數(shù) ? ?Zc ?n,n,m 和細節(jié)系數(shù) ? ?Zd ?n,n,m ，得到： ? ? ? ? ? ?tdtc n,mZn m , nn,mZn m , nts ?? ?? ?? ?? （ ） 因 為 1m1mm WVV ?? ?? ， mV 空間上的概貌系數(shù) ? ?Zc ?n,n,m 可以繼續(xù)分解得到： ? ? ? ? ? ?tdtctc n,1mZn ,n1mn,1mZn ,n1mn,mZn m , n ?? ??? ?? ??? ?? ??? （ ） 結(jié)合低通濾波器 ? ?? ?Zn,nh ? 和高通濾波器 ? ?? ?Zn,ng ? 的性質(zhì)可以得到各層系數(shù)的分解關(guān)系與重構(gòu)關(guān)系： 分解關(guān)系： ? ?? ????????????????????2nkgcd2nkhcckkk,m,n1mk,m,n1m （ ） 重構(gòu)關(guān)系： ? ? ? ?2nkgc2nkhcckk ????? ???? ? ?? k,1mk,1mm , n （ ） 圖 尺