对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法和装置，该方法主要包括计算出语音信号的加性模型的功率谱，根据所述语音信号的加性模型的功率谱和带噪信号、噪声信号的功率估计值得到所述语音信号的功率估计值；对所述语音信号的功率估计值进行逆傅立叶变换，得到增强后的语音信号；利用小波变换矩阵对所述增强后的语音信号作小波变换处理；对小波变换矩阵作门限阈值处理，对门限阈值处理过的小波变换矩阵作逆变换，得到消除了噪声的语音信号。本发明专利技术有效地解决了电话会议中的语音信号的背景噪声问题，并且不会带来其他的“音乐噪声”等噪声。

【技术实现步骤摘要】
对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法和装
本专利技术涉及语音信号处理
，尤其涉及一种对语音信号进行自适应谱减和 小波包消噪处理的方法和装置。
技术介绍
在我国武警、公安、铁路、电力、石油石化等行业的大型企业中，经常召开生产调度 会议，需要支持大容量全交互式的电话会议系统。在这些电话会议系统中，存在大量的异种 语音资源终端，这些异种语音资源终端之间需要通过转换设备进行相互语音通信，如公众 通信网、数字集群系统、卫星网和有线网中的模拟终端（电话）之间通过程控交换机实现互 通；VoIP语音电话终端之间通过软交换实现互通；超短波网和短波网终端分别通过IP无线 网关和综合接入设备实现向IP体制的转换，然后再通过软交换机和IP电话等终端实现互 通，或通过中继接口和程控交换机连接，实现和其他模拟终端的互通。 上述异种语音资源终端和转换设备在实际应用中的噪声干扰通常是随机的，其背 景噪声来源和种类各不相同，需要对带噪信号进行噪声消除处理，以消除背景噪声，改善语 音质量，提高语音的清晰度、可懂度和舒适度，提高语音处理系统的性能。 现有技术中的电话会议系统的噪声消除方法的缺点为：对不同背景噪声来源和种 类采用单一降噪方法，只改善部分或对某类噪声有效，如减谱法降噪，本身还会带入音乐 噪声。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方 法和装置，以有效地消除了电话会议中的语音信号的噪声。 本专利技术提供了如下方案： (和权利要求书相互对应） 由上述本专利技术的实施例提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例通过建立语音信 号的加性模型，根据语音信号的加性模型的功率谱和带噪信号、噪声信号的功率估计值得 到所述语音信号的功率估计值和增强后的语音信号，再根据实时估算的噪声功率和小波变 换矩阵得到去噪后的语音信号，有效地解决了电话会议中的语音信号的背景噪声问题，并 且不会带来其他的音乐噪声等噪声。 【附图说明】 为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。 图1为本专利技术实施例一提供的一种语音资源处理和交换服务平台的结构示意图； 图2为本专利技术实施例一提供的一种语音增强处理板采用自适应谱减法对带噪信 号进行消噪处理的原理示意图； 图3为本专利技术实施例一种语音增强处理板对语音信号进行自适应谱减和小波包 消噪处理的方法的处理流程图； 图4为本专利技术实施例一提供的一种对带噪信号进行五层小波分解的原理示意图； 图5为本专利技术实施例提供的一种对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理 的装置的具体结构示意图，图中，语音信号的功率估计值获取模块51，增强语音信号获取模 块52,小波变换处理处理模块53,消噪语音信号获取模块54。 【具体实施方式】 为便于对本专利技术实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步 的解释说明，且各个实施例并不构成对本专利技术实施例的限定。 实施例一 本专利技术实施例提供的一种语音资源处理和交换服务平台的结构示意图如图1所 示，该平台主要完成语音增强、音频媒体流的转码、多路混音、录音、放音、回音消除等功能。 该平台具备码流转发功能，能够把前端音频流转发到调度台、存储设备；具备强大的流媒体 处理能力，单台支持1440路语音无阻塞调度并发、转发处理，单场会议支持480方混音。 上述语音资源处理和交换服务平台中的I/O板：主要实现交换机与硬件平台的外 部连接，同时将外部中继线信息用前后板针脚的形式，实现与数字中继板的中继互连。 数字中继板：主要在CPU板的控制下将中继信息转换成H. 110总线背板总线形式， 为各资源板进行功能服务提供信息来源。 语音导航板：对背板总线上需要提供语音收发、双音频收号、 FSK(Frequency-shift Keying:频移键控）发号等各类语音增值服务的话路信息进行处 理。 会议桥板：通过对背板总线数据进行处理，提供多方电话会议的建立。 CPU 板：通过 PCI (Peripheral Component Interconnect :外设部件互连标准）总 线控制各语音资源板之间的协调工作能力。 语音增强处理板：主要采用自适应谱减法完成带噪信号的降噪处理和语音增强处 理，改善语音质量，提高语音的清晰度、可懂度和舒适度，提高电话会议系统的语音性能。 该实施例提供的一种语音增强处理板采用自适应谱减法对带噪信号进行消噪处 理的原理示意图如图2所示，基于上述图2所示的自适应谱减法消噪处理的原理，该实施例 提供的一种上述语音增强处理板对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法的 处理流程如图3所示，包括如下的处理步骤： 步骤S310、根据低通过滤处理后的带噪信号、噪声信号和语音信号建立语音信号 的加性模型。 高通滤波器是一个使高频率比较容易通过而阻止低频率通过的系统。它去掉了信 号中不必要的低频成分或者说去掉了低频干扰。 本专利技术实施例中的高通滤波器的基准频率可以设置为50Hz，该高通滤波器不允许 比50Hz低的语音信号通过，而允许比50Hz高的语音信号通过，该高通滤波器对带噪信号进 行低通过滤处理，抑制带噪信号的50Hz电源工频干扰。 由于语音信号是短时平稳的，所以在短时谱幅度估计中认为语音信号是平稳随机 信号，假设s(m)、n(m)和y(m)分别代表语音信号、噪声信号和低通过滤处理后的带噪信号。 假设噪声n(m)是与语音s(m)不相关的加性噪声，于是，建立语音信号的加性模 型： y (m) = s (m) +n (m) 公式 1 步骤S320、计算出所述语音信号的加性模型的功率谱，根据所述语音信号的加性 模型的功率谱和带噪信号、噪声信号的功率估计值得到所述语音信号的功率估计值。 对信号y(m)、s(m)、n(m)分别进行加窗处理后，得到信号yw(m)，s w(m)，nw(m)， Ss(co)、Sn(c〇)和\(?)分别表示语音信号、噪声信号和低通过滤处理后的带噪信号的短 时谱，上述加窗处理表示取傅立叶变换的帧长数。 则有： yw(m) = sw(m)+nw(m) 公式 2 对公式2的两端分别做傅立叶变换，得到 Yw(co) = Sw(c〇)+Nw(c〇) 公式 3 公式3中的ω表示频率 对公式3的两端分别作功率谱，该功率谱表示研究信号在频域中的各种特征。 得到： |Υ￥(ω) |2 = |SW(?) |2+|Ν￥(ω) 12+Sw ( ω ) N*w ( ω )+S*W ( ω ) Nw ( ω ) 公式 4 其中，Ν\(ω)表示噪声信号的功率谱，S\(c〇)表示语音信号的功率谱。 |YW(?) |2表示带噪信号的功率估计值，可以根据带噪信号y(m)采用随机分析方 法求均值估计出|Y W(?)|2。 其余各项必须近似为统计均值，由于s(m)和n(m)独立，则互本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法，其特征在于，包括：计算出语音信号的加性模型的功率谱，根据所述语音信号的加性模型的功率谱和带噪信号、噪声信号的功率估计值得到所述语音信号的功率估计值；对所述语音信号的功率估计值进行逆傅立叶变换，得到增强后的语音信号；利用小波变换矩阵对所述增强后的语音信号作小波变换处理；对小波变换矩阵作门限阈值处理，对门限阈值处理过的小波变换矩阵作逆变换，得到消除了噪声的语音信号。

【技术特征摘要】
1. 一种对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法，其特征在于，包括： 计算出语音信号的加性模型的功率谱，根据所述语音信号的加性模型的功率谱和带噪 信号、噪声信号的功率估计值得到所述语音信号的功率估计值； 对所述语音信号的功率估计值进行逆傅立叶变换，得到增强后的语音信号； 利用小波变换矩阵对所述增强后的语音信号作小波变换处理； 对小波变换矩阵作门限阈值处理，对门限阈值处理过的小波变换矩阵作逆变换，得到 消除了噪声的语音信号。2. 根据权利要求1所述的对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法，其特 征在于，所述的计算出所述语音信号的加性模型的功率谱，根据所述语音信号的加性模型 的功率谱和带噪信号、噪声信号的功率估计值得到所述语音信号的功率估计值，包括： 通过高通滤波器对带噪信号进行低通过滤处理； 设s(m)、n(m)和y(m)分别代表语音信号、噪声信号和低通过滤处理后的带噪信号，噪 声n(m)是与语音s(m)不相关的加性噪声，建立语音信号的加性模型为： y(m)=s(m)+n(m) 公式 1。 对所述信号y(m)、s(m)、n(m)分别进行加窗处理后得到信号yw (m)，Sw (m)，nw (m)，所述Ss(?)、Sn(?)和Sy(?)分别表示语音信号、噪声信号和低通过滤处理后的带噪信号的短 时谱； yw(m) =sw(m)+nw(m) 公式 2 对所述公式2的两端分别做傅立叶变换，得到： Yw(Co)=Sw(c〇)+Nw(c〇) 公式3 所述公式3中的w表示频率 对所述公式3的两端分别作功率谱，得到： Yw(?)I2= |Sw(c〇) |2+|Nw(c〇) |2+Sw(?)N*w(c〇)+S*w(?)Nw(c〇) 公式 4 其中，N\(?)表示噪声信号的功率谱，S#w(?)表示语音信号的功率谱； 根据带噪信号y(m)采用随机分析方法求均值估计出带噪信号的功率估计值 |yw(?) |2,采用语音激活检测法估计出噪声信号的功率估计值|nw(?) |2,得到语音信号的 功率估计值II2的计算公式为： II2H〇)I2 _可I〇)I2] 公式 5 其中E[|NW(?)I2= |nw(?) |2+sw(?)n*w(?)+s*w(?)nw(c〇) = |nw(?) |2。3. 根据权利要求2所述的对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法，其特 征在于，所述的采用语音激活检测法估计出噪声信号的功率估计值|NW(?) |2,包括： 采用语音激活检测法检测到带噪信号的寂静段后，再利用下列公式6对噪声信号的功 率估计值|NW(?)I2进行更新： INw(Q))I2= ?INwl(CO)I2+(1-a)ISu^ 1(CO)I2 公式 6 其中0 <a< 1，Uw)I是前一巾贞的噪声信号的功率估计值，Il1(^y)I是前一巾贞的 语音信号的功率估计值。4. 根据权利要求2或3所述的对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法， 其特征在于，所述的对所述语音信号的功率估计值进行逆傅立叶变换，得到增强后的语音 信号，包括： 设增强后的语音信号为S(W) s(m) =IFFT^Sw(co)\eMm)^ 公式 7 所述公式7中的Mw)表示语音信号的相位，所述IFFT表示逆傅立叶变换。5. 根据权利要求4所述的对语音信号进行自适应谱减和小波包消噪处理的方法，其特 征在于，所述的利用小波变换矩阵对所述增强后的语音信号作小波变换处理，包括： 将所述增强后的语音信号作为带噪信号，对该带噪信号进行小波分解，设s、n和 y分别为语音信号、噪声信号和小波分解后的带噪信号，得到增强后的语音信号的加性模 型： y=s+n 公式8 对所述公式8的两端进行小波变换，得到： Y =S+N 公式9 其中：F =W'，S=W?s，N=W?n，W是设定的小波变换矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金明，刘宇，陈少卿，
申请(专利权)人：华迪计算机集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11