语音掩蔽系统的研究

摘要

为保护语音通话过程中近端讲话者的私密信息，提出了语音掩蔽系统。该系统利用讲话者自身的语音产生时间反转掩蔽声，对讲话信息形成掩蔽，从而实现近端讲话者私密信息安全性的目的。
　　论文完成的主要工作有:
　　1.根据近年来对时间反转语音方面的研究，提出了语音掩蔽系统。该系统主要由掩蔽声回声抵消器和掩蔽信号发生器两个模块组成，掩蔽信号发生器利用近端讲话者自身的语音通过时间反转变换得到掩蔽信号。
　　2.对掩蔽声的回声抵消算法进行研究。对比LMS算法、NLMS算法以及SNLMS算法的回声抵消效果，实验结果表明，SNLMS算法可以实现更优的掩蔽声回声信号衰减，可适用于语音掩蔽系统。
　　3.设计新的窗函数，改进了时间反转掩蔽声的质量。提出基于清浊音检测的时间反转变换法以及频率调制法来生成掩蔽声，在提高掩蔽声听觉舒适度上有一定改善。
　　4.通过测听实验对掩蔽声的掩蔽质量进行主观评价。实验结果表明，正常语速下反转帧长在50～400ms范围内，掩蔽度随反转帧长的增加而增加，提高掩蔽声能量和加快讲话的语速，都能提高系统的掩蔽质量。在测听实验基础上，给出音位混淆矩阵，分别对声母、韵母和声调受掩蔽情况进行分析。
　　5.对掩蔽声掩蔽质量的客观评价算法进行研究。采用NENC算法、PESQ算法以及Glimpse算法分别进行客观评价实验并作对比，实验结果表明，NENC算法相比其他算法更能有效地对掩蔽声进行客观评价。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 声音的掩蔽效应

1．2．1 定义

1．2．2 掩蔽效应的特性

1．2．3 掩蔽效应的应用

1．3 对声音掩蔽现有工作的总结

1．3．1 国外研究工作总结

1．3．2 国内研究工作总结

1．4 本文研究思路

1．5 章节安排

2 语音掩蔽系统的结构设计

2．1 系统的原理

2．2 系统各模块介绍

2．3 实现过程

2．4 系统的研究重点

2．5 本章小结

3 掩蔽声回声的抵消

3．1 回声抵消简介

3．1．1 回声抵消的原理

3．1．2 回声抵消的ITU标准

3．2 自适应滤波

3．2．1 自适应滤波的原理

3．2．2 最速下降法

3．2．3 LMS算法

3．2．4 NLMS算法

3．3 分析和综合滤波器组

3．3．1 滤波器组的基本概念

3．3．2 两通道完全重构滤波器组

3．3．3 树形结构多通道完全重构滤波器组

3．4 基于子带分解的NLMS回声抵消

3．5 仿真实验

3．5．1 收敛特性比较

3．5．2 回声衰减程度比较

3．6 本章小结

4 掩蔽声的生成方法

4．1 汉语的语音特点

4．1．1 汉语音节的结构

4．1．2 音节配型

4．2 语音感知

4．2．1 语音感知过程

4．2．2 人耳感知特性

4．2．3 汉语语音对人耳感知的影响

4．3 时间反转掩蔽信号

4．3．1 窗函数设计

4．3．2 掩蔽信号产生流程

4．4 变帧长时间反转掩蔽声

4．4．1 短时平均过零率

4．4．2 清浊音检测

4．5 频率调制法生成掩蔽声

4．5．1 变频载波

4．5．2 单边带调制(SSB)

4．6 本章小结

5 掩蔽声的掩蔽质量评价

5．1 掩蔽质量的主观评价

5．1．1 测听实验前期准备

5．1．2 具体实验过程

5．1．3 实验结果及分析

5．2 不同音位掩蔽质量分析

5．2．1 音位掩蔽的测听实验

5．2．2 音位混淆矩阵

5．2．3 数据分析

5．3 掩蔽声质量客观评价方法介绍

5．3．1 言语传递指数法

5．3．2 NENC算法

5．3．3 PESQ算法

5．3．4 Glimpse算法

5．4 掩蔽声的客观评价实验

5．4．1 NENC算法实验

5．4．2 PESQ算法实验

5．4．3 Glimpse算法实验

5．4．4 客观评价方法对比及结论

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历

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