基于相位差滤波的双麦克风语音增强算法研究

摘要

我们在使用手机、车载电话、语音识别系统等移动式的小型语音设备进行通话交流时，不可避免地会受到背景噪声、其它语音信号和混响的干扰，所面临的噪声环境也因应用场合经常改变而变得异常复杂，尤其是使用手机在嘈杂的环境下进行免提通话时，周围的干扰语音和噪声甚至能把目标语音淹没，严重影响了通话的正常进行。为更好地解决这些问题，本文主要对一种基于双麦克风的语音增强算法及相关问题展开研究。
　　首先，对各类常用的语音增强算法进行了全面总结，对它们的算法原理和优缺点进行了简要对比分析，并以此作为进一步学习研究的理论基础。
　　其次，在全面了解各类语音增强算法的基础上，重点对基于双麦克风的相位差滤波法和基于单麦克风的小波变换阈值去噪法进行了详细研究，在深入了解两者基本原理、算法过程、应用环境和优缺点的基础上，分别对其算法性能进行仿真验证，并得到如下结论：一是相位差滤波法实现相对简单，对非目标语音方向的干扰语音有较好的处理效果，但对于全向分布的平稳背景噪声滤除效果较差，残余噪声较多，且会因为误判而引入一定量的“音乐噪声”；二是小波变换阈值去噪法原理简单，易于实现，对平稳背景噪声处理效果较好，但对混淆在目标语音信号中的干扰语音很难有效区分和消除。
　　然后，在综合考虑上述两种算法优劣性和互补性的基础上，本文基于融合准则提出并实现了一种改进的相位差滤波双麦克风语音增强方法。该方法先对经过时延估计和补偿后的两路信号进行相位差计算和先验信噪比估计，进而可得到一个用于对带噪语音信号进行增强处理的维纳滤波器，接着将其中一路经过小波变换阈值去噪法处理过的带噪语音信号通过此滤波器，用于对残留的干扰语音和噪声进行进一步处理，最终输出经过二次增强后的语音信号。
　　最后，通过仿真实验和相关性能测试，对本文改进算法的有效性进行了验证。改进后算法充分融合了相位差滤波法和小波阈值去噪法的优点，既能有效去除非目标语音方向的干扰语音，又能对平稳背景噪声进行较好地滤除，且算法运算量适中，能更好地应用于小型实时语音处理系统中。

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第一章 绪论

1.1语音增强的研究背景及意义

1.2语音增强的发展历史及研究现状

1.3语音增强相关基础知识

1.4本文研究目标和结构安排

第二章 语音增强常用算法研究

2.1单麦克风语音增强算法

2.2双麦克风语音增强算法

2.3麦克风阵列语音增强算法

2.4本章小结

第三章 相位差滤波和小波变换语音增强算法研究

3.1相位差滤波语音增强算法

3.2小波变换语音增强算法

3.3本章小结

第四章 基于改进的相位差滤波语音增强算法研究

4.1基于改进的相位差滤波语音增强算法基本原理

4.2算法仿真实现和实验设计

4.3语音质量评价标准

4.4算法性能测试

4.5本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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