基于小波变换的传声器阵列语音增强方法

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1、第43卷第4期大连理工大学学报VOl.43NO.42003年7月JOurnalOfDalianUniversityOfTechnOlOgyJul.2003=================================================================文章编号:1000-8608(2003)04-0511-05基于小波变换的传声器阵列语音增强方法马晓红殷福亮陆晓燕王晓宁(大连理工大学电子与信息工程学院辽宁大连116024)摘要:针对现有的基于传声器阵列语音增强算法的

2、局限性并考虑到人耳听觉感知模型提出一种将延迟-求和波束形成技术和小波变换技术相结合进行语音增强的方法.该方法首先利用延迟-求和波束形成技术将阵列中各个传声器接收到的信号进行时间延迟补偿并对各通道信号相加-平均消除一部分不相干或弱相干噪声;然后再利用小波变换技术进一步去除噪声.计算机模拟结果表明该方法具有良好的消噪能力.关键词:传声器阵列;语音增强;波束形成;小波变换中图分类号:TN912.3文献标识码:A0引言延迟-求和波束形成技术和小波变换技术相结合进行语音增强的方法.在采集语音信号过程中不可避

3、免地会引入各种环境噪声从而导致语音质量下降甚至造成1基于小波变换的传声器阵列语音语音处理系统性能急剧恶化以致系统无法正常增强方法工作.解决这一问题的有效方法是对带噪语音信号进行增强处理以消除背景噪声提高语音质基于小波变换的传声器阵列语音增强方法由量.现有的语音增强方法较多按其采用传声器延迟-求和波束形成技术和小波去噪方法级联构的数目可以分为单传声器语音增强方法和传声成.延迟-求和波束形成技术首先将阵列中各个器阵列语音增强方法两类.传声器阵列由在一定传声器接收到的信号进行时间延迟补偿以使各的空间域里

4、按某种方式分布排列的一系列传声器通道的语音信号同步;然后再对各通道的信号进组成.传声器阵列系统具有空间选择特性它可行求和与取平均处理.它可以消除一部分不相干以用'电子瞄准'的方式从所需要的声源方向提或弱相干噪声同时将多路信号转换成一路信号.供高品质的声音信号同时抑制其他人的声音和之后再利用小波变换技术进一步消除噪声.该环境噪声因此其语音增强效果明显优于单传声语音增强系统框图如图1所示.器语音增强效果.利用传声器阵列进行语音增强的方法可以分为3类:传统的延迟-求和波束形成[1~2]技术~自适应波束形

5、成[3~4]技术和具有自适应后置滤波器的延迟-求和波束形成[5]技术.第一类和第三类方法适用于弱相干噪声消除;第二类方法适用于消除相干噪声而对非相干噪声或散射噪声消除效图1语音增强系统框图果较差.实际的环境噪声往往同时含有上述两种Fig.1Speechenhancementsystem类型噪声因此需要一种可以同时消除这两种噪1.1延迟-求和波束形成[1~2]技术声的传声器阵列语音增强方法.本文提出一种将如图1所示延迟-求和波束形成技术包括时收稿日期:2002-01-30;修回日期:2003-03-

6、01.基金项目:国家自然科学基金资助项目(60172072);辽宁省科学技术基金资助项目(2000500105);教育部跨世纪优秀人才基金资助项目(2000).作者简介:马晓红(1967-)女博士生副教授;殷福亮(1962-)男教授博士生导师.51Z大连理工大学学报第43卷间延迟补偿~时间延迟估计~加权与求和三部分.13f)+NzC(t~f)(4)1.1.1时间延迟补偿给定一由4个传声器4z=0式中:N表示各传声器噪声中M0~M3组成的平面阵列~各传声器分别位于一zi(t~f)(z=0~~~3)个

7、边长为c的正方形4个角上~声源位置为(I~的不相干成分~NzC(t~f)(z=0~~~3)表示各传声器噪声中的相干成分.y)~如图Z所示.4个传声器接收到的信号I/z(t)可以表示为由式(4)可以看出~声源信号部分基本没有变化.噪声部分分两种情况:(1)各传声器的非相干噪声由于彼此之间不相干~噪声强度变为原来的1/4~得到了一定程度的抑制;(Z)各传声器的相干噪声部分由于彼此之间具有一定的相关性~对其抑制程度取决于它们之间的相关性.相关性图Z平面传声器阵列越弱~抑制效果越好.因此~延迟-求和波束形

8、成Fig.ZPlaHarmiCrophoHearray技术可以抑制不相干或弱相干噪声.[6]I/z(t)=Dz1(t-tz)+nz(t);z=0~~~3(1)1.1.3基于互功率谱相位的时间延迟估计式中:1(t)为声源信号;Dz是声波传播到第z个传参考传声器信号I/0(t)和阵列传声器信号I/z(t)声器的衰减因子;tz是声波传播到第z个传声器所(z=0~~~3)之间的归一化互功率谱函数为需的时间;n为第z个传声器的干扰成分~nz(t)z(t)X/0(t~f)X/z(t~f)Gz(