一种高可懂度的水声语音通信方法技术

本发明专利技术公开了一种高可懂度的水声语音通信方法,该方法包括，在语音通信的发送端，利用语音信号端点检测区分话音信号和静音信号，对检测到的话音信号进行单边带调制，形成单边带语音通信信号，并按照特定门限对单边带语音通信信号幅度进行削波截幅处理；对检测到的静音信号，则插入净噪导频信号，最后将截幅单边带语音通信信号和净噪导频信号分时传输至水声信道。本发明专利技术充分利用语音信号的特点，对语音信号的话音信号和静音信号分别采用了截幅和净噪技术，有效提高了语音通信的可懂度。有效提高了语音通信的可懂度。有效提高了语音通信的可懂度。

【技术实现步骤摘要】
一种高可懂度的水声语音通信方法

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[0001]本专利技术属于水声通信
，具体涉及一种高可懂度的水声语音通信方法。

技术介绍
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[0002]水声语音通信是蛙人水下交流最直接、最便捷的信息传输方式，蛙人水下活动的区域通常为海湾、港口和岛礁等水域，一般水声传输环境较为恶劣，信道多途扩展强，环境噪声大，对水声语音通信性能产生严重影响。语音通信可分成数字语音通信和模拟语音通信两类，前者的语音通信可懂度比后者高，但占用带宽也比后者大，且对信道质量要求很高，陆上语音通信基本上都采用数字语音通信。然而，对于水下语音通信场合，由于带宽的限制及信道传输条件复杂，数字语音通信不太适用。目前，蛙人水下语音通信基本上都采用模拟水声语音通信技术，由于传输的是模拟语音信号，可利用人耳对语音信号高分辨的天然优势，对信道传输条件不敏感，比较适应于海湾、港口和岛礁等复杂水域的水声信道。影响模拟水声语音通信可懂度的主要因素为环境噪声，如何在高噪声背景下提高语音通信的可懂度，是模拟水声语音通信面临的主要问题。

技术实现思路
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[0003]本专利技术所要解决的技术问题如何提高海湾、港口和岛礁等高噪声背景条件下的语音通信可懂度，从而提供一种高可懂度的水声语音通信方法，该方法充分利用语音信号的特点，对语音信号的话音信号和静音信号分别采用了截幅和净噪技术，有效提高了语音通信的可懂度。
[0004]本专利技术的技术解决方案是，提供一种高可懂度的水声语音通信方法,该方法包括，
[0005]在语音通信的发送端，利用语音信号端点检测区分话音信号和静音信号，对检测到的话音信号进行单边带调制，形成单边带语音通信信号，并按照特定门限对单边带语音通信信号幅度进行削波截幅处理；对检测到的静音信号，则插入净噪导频信号，最后将截幅单边带语音通信信号和净噪导频信号分时传输至水声信道；
[0006]在语音通信的接收端，对接收信号进行单边带解调，恢复发送端的语音信号，同时对接收信号带通滤波，以滤除净噪导频信号带外的干扰，之后对滤波后的信号进行包络检波处理，当包络幅度大于特定门限时，则表明接收信号为净噪导频，则输出静音，实现净噪，当包络幅度小于特定门限时，则输出单边带解调的语音信号。
[0007]语言交流时，语句间会有停顿，语句的词组间也有短暂的间隙，通话分析表明，语音间隙大约占通话时间的60％。通过语音信号的端点检测，区分语音信号的话音和静音，静音则对应于说话中出现停顿或词组间的间隙，对两者分别采用针对性的抗噪声干扰方法，将更容易获得最佳的语音通信效果，对于话音信号，本专利技术采取提高话音信号信噪比的策略，对于静音信号，本专利技术采取净噪的策略，从而有效提高语音通信的可懂度。语音信号的端点检测为本专利技术后两个关键环节的实施进行铺垫。
[0008]其中，语音一般由清音和浊音组成，信号幅度波动范围高达40dB，峰平比很大，一
方面严重降低单边带语音通信信号的发射效率，另一方面小幅度的语音信号因发射功率过小导致接收信噪比较低，将引起通话可懂度下降。本专利技术采用截幅单边带语音通信方法，通过对单边带语音通信截幅，降低通信信号的峰平比，提高发射效率，使得接收端能获得足够的信噪比，从而有效提高语音可懂度。由于人耳听觉感知区分不同语音主要取决于频率，对幅度起伏不敏感，截幅发射技术对通话可懂度负面影响可以忽略。
[0009]另一方面，语音信号的静音成分被噪声污染，也将严重影响通话可懂度。本专利技术在语音信号的静音间隙处安插导频，并随着截幅单边带语音通信分时传输，接收端检测到导频信号后，进行静音处理，达到净噪效果，从而提高语音可懂度。
[0010]因此，在语音通信的接收端，由于语音通信信号的截幅处理提高了接收信噪比，有效提高语音可懂度，并且通过对净噪导频信号检测，检测出语音信号间隙，则输出静音，实现净噪，进一步提高语音可懂度。
[0011]其中，接收信号包括了截幅单边带语音通信信号和净噪导频信号，净噪导频信号对应为语音信号的间隙，对接收信号带通滤波，保留净噪导频信号，并通过包络检波后，将容易检测出净噪导频信号，对净噪导频信号出现的时间段输出静音，直接避免了语音信号间隙的背景噪声干扰，从而提高了语音可懂度。
[0012]作为优选，对语音信号进行端点检测时，通过短时能量方法结合短时谱熵方法进行端点检测，通过设置谱熵门限进一步区别话音信号和静音信号。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0014]该方法充分利用语音信号特点，针对语音信号的不同成分信号均具有有效提高可懂度的技术手段，该方法受信道多途干扰影响小，非常适用于海湾、港口和岛礁等复杂水域，具有较高实用性。
附图说明：
[0015]图1为截幅净噪水声单边带语音通信框图。
[0016]图2为截幅前后语音通信信号波形对比示意图。
[0017]图3为截幅和未截幅的语音通信信号解调后的语音信号时频图对比示意图。
具体实施方式：
[0018]下面结合附图就具体实施方式对本专利技术作进一步说明：
[0019]一种高可懂度的水声语音通信方法，附图1为截幅净噪水声单边带语音通信框图，在语音通信的发送端，首先对语音信号进行端点检测，当检测到的语音信号为话音信号，则对该段话音信号进行单边带调制，形成单边带语音通信信号，之后，按照一定门限对通信信号幅度进行削波截幅处理，当检测到的语音信号为语音信号间隙，则插入净噪导频信号，最后将截幅单边带语音通信信号和净噪导频信号分时传输至水声信道，即，在话音信号时发射截幅单边带语音通信信号，在话音间隙时发射净噪导频信号。
[0020]本实施例中，净噪导频信号设计为单频信号，信号频率可选择通信信号的中心频率。在语音通信的接收端，对接收的语音通信信号进行单边带解调，恢复发送端的语音信号，同时对接收信号带通滤波，以滤除净噪导频信号带外的干扰，之后对滤波后的信号进行包络检波处理，当包络幅度大于一定门限时，则表明接收信号为净噪导频，则输出静音，实
现净噪，当包络幅度小于一定门限时，则输出单边带解调的语音信号。
[0021]具体的，就语音信号的端点检测而言，语音信号的端点检测主要目的为检测话音信号起止，换言之，主要为了区分哪段为话音信号，哪段为静音信号。由于静音信号内信号的能量很小，可以理解为存在微弱的噪声信号，可通过短时能量方法进行端点检测，考虑蛙人全面罩内存在较大呼吸噪声，影响对短时能量的端点检测性能，可进一步结合短时谱熵方法，降低呼吸噪声对端点检测的性能，由于话音信号具有明显的声纹特征，如附图3所示，话音信号谱熵值较小，呼吸噪声的谱熵值较大，因此通过设置谱熵门限，小于门限为话音信号，否则检测到话音间隙，从而进一步提高端点检测性能。
[0022]同时，由于单边带语音通信信号存在较大峰平比，严重降低信号的发射效率。通过对单边带语音通信信号进行削波截幅处理，把信号限制在固定幅度范围内，从而降低信号峰平比。选取0.1倍的最大幅度作为削波门限，信号幅度大于门限，则幅度值为门限值，小于门限则保留原始信号幅度，图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高可懂度的水声语音通信方法,其特征在于：该方法包括，在语音通信的发送端，利用语音信号端点检测区分话音信号和静音信号，对检测到的话音信号进行单边带调制，形成单边带语音通信信号，并按照特定门限对单边带语音通信信号幅度进行削波截幅处理；对检测到的静音信号，则插入净噪导频信号，最后将截幅单边带语音通信信号和净噪导频信号分时传输至水声信道；在语音通信的接收端，对接收信号进行单边带解调，恢复发送端的语音信号，同时对接收信号带通滤波，以滤除净噪导频信号带外的干扰，之后对滤波后的信号进行包络检波处理，当包络幅度大于特定门限时，则输出静音，当包络幅度小于特定门限时，则输出单边带解调的语音信号。2.根据权利要求1所述的高可懂度的水声语音通信方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊省军，鲁玉波，朱小辉，吴梦行，时相一，温梦华，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：