基于幅度谱估计的语音激光调制信号增强技术研究及实现

摘要

语音激光调制信号增强处理是语音激光调制系统的关键技术之一。本文是依据语音激光调制系统整机研究项目，进行语音激光调制信号的增强处理，属于整机项目中的软件研制部分。 文中对噪声来源及特性进行了深入研究和分析，设计了抑噪方法对特定噪声进行了处理。针对宽带背景噪声，对基于谱熵法的端点检测算法进行了改进提升了算法的检测准确率，对纯噪声和带噪语音信号进行了分离。为了得到在低信噪比下有效的语音增强算法，对基于谱减法的语音增强算法进行了改进，并完成了基于谱减法的语音激光调制信号增强算法的仿真实验。仿真结果表明改进后的算法在低信噪比下增强效果比较好。搭建了语音激光调制系统实验平台，联合硬件整机系统进行了实验，对语音激光调制信号增强系统进行了实验验证。 本论文研究语音激光调制信号增强技术主要分为三个部分：理论分析与论证、算法设计与仿真和实验验证给出评价结果。 在理论分析与论证部分，从时域、频域和语谱图三个方面分析了语音激光调制信号的特性，对语音信号的产生过程进行了数学建模分析。分析了语音激光调制信号噪声的来源其中包括了脉冲噪声、工频干扰、建筑物噪声、硬件设备噪声、宽带背景噪声，并根据噪声的特性对其中几种噪声提出了抑制算法。 在算法设计与仿真部分，根据理论分析阶段对语音激光调制信号和噪声信号的分析，提出了低信噪比下基于谱熵的语音激光调制信号端点检测的算法，对带噪语音信号和纯噪声信号进行了分离。对文中提出的低信噪比下端点检测算法进行了仿真实验。仿真结果表明提出的低信噪比下端点检测算法在低信噪比下的检测准确率比较高。分析了语音激光调制信号宽带背景噪声的特性，对基于谱减法的语音激光调制信号增强技术进行了改进，进行了仿真实验验证。仿真结果表明改进的谱减法对语音激光调制信号的宽带背景噪声有比较好的抑制作用。 在实验验证部分，搭建了语音激光调制系统实验平台，联合硬件整机系统进行了实验验证，通过硬件实验平台采集了语音激光调制信号，并使用论文中的语音激光调制信号增强算法进行了处理，实验结果表明本文提出的语音激光调制信号增强技术能够比较有效的提高语音激光调制信号的质量。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.1.1语音增强的基本概念与意义

1.1.2语音激光调制中语音增强的意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容和目标

1.4本文主要工作

第二章 语音信号增强技术理论及分析

2.1语音激光调制系统的原理

2.2语音信号特性

2.2.1人类发声系统的数学模型

2.2.2时域、频域和语谱图特性

2.2.3语音信号的短时自相关函数

2.2.4语音信号的谱熵

2.3语音激光调制信号端点检测方案

2.3.1语音激光调制信号端点检测算法的实时性

2.3.2语音激光调制信号端点检测算法的准确率

2.3.3端点检测的算法

2.4语音激光调制信号宽带背景噪声增强算法

2.4.1基于维纳滤波的语音增强算法

2.4.2基于小波阈值滤波法的语音增强算法

2.4.3基于谱减法的语音增强算法

2.5语音增强处理技术的评判标准

2.5.1主观评价标准

2.5.2客观评价标准

2.6本章小结

第三章 语音激光调制信号增强方案设计及仿真验证

3.1系统噪声分析

3.1.1激光源噪声

3.1.2湍流信道噪声

3.1.3系统硬件设备噪声

3.2系统外部噪声来源分析

3.2.1脉冲噪声分析及抑噪方法设计

3.2.2工频干扰分析及处理方法设计

3.2.3建筑物振动噪声

3.3宽带背景噪声

3.4抑噪方案

1) 平衡探测接收

2) 自动增益控制

3.5语音激光调制信号的数字化处理

3.6预处理

3.6.1数字滤波

3.6.2预加重处理

3.6.3语音信号的分帧

3.7本章小结

第四章 语音激光调制信号宽带背景噪声的处理

4.1语音信号端点检测方案特点分析及仿真

4.2低信噪比下端点检测方案设计

4.2.1基于谱熵的端点检测方法

4.2.2基于谱熵的端点检测方法仿真

4.3宽带背景噪声增强算法仿真

4.3.1基于维纳滤波的语音增强算法仿真

4.3.2基于小波阈值滤波法的语音增强算法仿真

4.3.3基于谱减法的语音增强算法仿真

4.4基于多窗谱估计的改进谱减法算法设计

4.5本章小结

第五章 语音激光调制信号增强软件设计及实验验证

5.1硬件实验平台的搭建

5.2软件性能测试及实验结论

1) 软件测试方法

2) 软件查错和纠错方案

3) 测试内容

5.3本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2后续工作展望

致谢

参考文献