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第54卷 第6期2021年6月通信技术Communications TechnologyVol.54 No.6Jun. 2021文献引用格式：郭莉莉，陈永红.一种改进的谱减法语音增强算法[J].通信技术，2021，54（6）：1350- 1355.GUO Lili,CHEN Yonghong.An improved spectral subtraction speech enhancement algorithm[J].Communications Technology,2021,54(6):1350-1355.doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2021.06.010一种改进的谱减法语音增强算法*郭莉莉，陈永红（南通大学杏林学院，江苏 南通 226000）摘 要：传统的谱减法语音增强算法存在“音乐噪声”问题。
针对此问题，引入过减因子和补偿因子两个参数对传统的谱减法进行改进。
其中：过减因子可以调节在带噪语音功率谱中减去的噪声分量；补偿因子可以降低人耳对残留噪声的感知度。
在两个参数的共同作用下，算法在抑制“音乐噪声”的同时可以使语音成分更加突出，且人耳的接受度更高。
仿真结果表明，与传统的谱减法相比，使用改进形式的谱减法对带噪语音进行增强处理后，语音信号波形失真程度更低，信噪比改善更明显，MOS评分更高。
关键词：谱减法；过减因子；补偿因子；语音增强中图分类号：TN912 文献标识码：A 文章编号：1002-0802(2021)-06-1350-06An Improved Spectral Subtraction Speech Enhancement AlgorithmGUO Lili, CHEN Yonghong(Xinglin College, Nantong University, Nantong Jiangsu 226000, China)Abstract: The traditional speech enhancement algorithm has the problem of “music noise”. To solve this problem, the traditional spectral subtraction method is improved by introducing two parameters: over subtraction factor and compensation factor. The over subtraction factor can adjust the noise component subtracted from the noisy speech power spectrum, and the compensation factor can reduce the human ear's perception of the residual noise. Under the combined action of the two parameters, the speech component can be more prominent while suppressing the “music noise” and the acceptability of human ears is higher. Simulation results indicate that, compared with the traditional spectral subtraction method, after using the improved form of spectral subtraction method to enhance the noisy speech, the distortion of the speech signal waveform is lower, the signal-to-noise ratio is improved more obviously, and the MOS score is higher.Keywords: spectral subtraction method; over subtraction factor; compensation factor; speech enhancement0 引 言在语音信号传输过程中，由于环境和传输信道等因素的影响，收到的语音信号中往往夹杂着噪声，使语音信号产生失真。
一种基于小波变换和谱减法的改进的语音增强算法卢景;赵风海【摘要】谱减法是目前受到广泛研究的语音增强算法之一,但谱减法分辨率固定及存在音乐噪声残留的问题,限制了谱减法的应用推广.本文针对以上问题,利用小波变换的多分辨率特性及谱减法运算量小、处理速度快的特点,提出了一种基于小波变换和改进的Berouti谱减法的改进语音增强算法.实验结果表明,该算法在抑制噪声,增强语音信号的可懂度及鲁棒性方面优于传统的谱减法.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)012【总页数】6页(P8-12,69)【关键词】谱减法;小波变换;语音增强【作者】卢景;赵风海【作者单位】南开大学电子信息与光学工程学院,天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室,天津300350;南开大学电子信息与光学工程学院,天津市光电传感器与传感网络技术重点实验室,天津300350【正文语种】中文【中图分类】TN912.3语音增强是语音信号处理领域的一个重要研究课题，语音增强对含噪语音的去噪结效果，直接关系着语音样本的可用性。
语音去噪的目的即获取纯净的语音信号。
近年来，语音信号处理在现实生活中得到了极大的应用，如语音识别、说话人识别及性别识别等技术用于帮助听力障碍者[1]。
无噪声的语音信号可有效的提高语音信号处理系统的性能。
语音增强技术主要分为单通道、双通道和多通道三类，其中谱减法是单通道语音增强技术中发展最早，应用最为广泛的一种算法[2]。
谱减法由于算法简单、运算量小等优点获得了广泛的研究及关注。
该算法的主要缺点即处理语音信号后，信号频谱内残留音乐噪声。
针对这一问题，人们从听觉掩蔽特性、噪声分类处理及多分辨率等多方面提出了改进方法[3]，这些改进算法在一定程度上减小了音乐噪声的残留率。
20世纪80年代后期新兴的小波分析理论，克服了谱减法分辨率固定的缺点，在多分辨率下观测信号。
在含噪语音信号中，信号能量大部分分布在低频段，但噪声信号能量大部分分布在高频段，利用小波分析的多分辨率及与人耳听觉特性相似的特点[4]，将多频率组成的语音信号分解成不同频段的子信号，分析高频信号的时间窗口小，时域分辨率高；低频信号的时间窗口大，频域分辨率高[5]。
一种基于谱减法的语音增强算法研究引言在日常生活中，我们经常会遇到语音信号受到噪声干扰的情形。
语音增强技术可以消除这些噪声，提高语音信号的质量和可听性。
语音增强技术的研究和发展，对于语音通信、语音识别、语音合成等领域都具有重要意义。
目前，基于谱减法的语音增强算法成为研究的热点之一。
本文主要探讨谱减法的基本原理、实现过程及其在语音增强中的应用。
一、谱减法的原理谱减法是一种在频域上处理语音信号的方法，它主要基于以下两个假设：1.噪声信号的能量分布比语音信号的能量分布更广泛，即噪声信号在不同频率上具有不同的能量；2.声音信号的一些部分不依赖于噪声信号，可以在不改变语音信号质量的前提下被减少。
因此，谱减法的基本原理是将语音信号和噪声信号分解为频谱，然后通过频谱相减，再对结果进行逆变换，得到增强后的语音信号。
谱减法的基本步骤如下：1.采集语音信号和噪声信号，并将它们通过FFT 变换转换为频域。
2.对语音信号和噪声信号的频谱进行平滑滤波，获得平滑后的信号谱。
3.求出平滑后语音信号与噪声信号的频谱差值。
4.根据信噪比的大小，确定噪声频谱可以减去的大小，从而减少噪声的影响。
5.对减少了噪声频谱的信号进行IFFT 逆变换，得到增强后的语音信号。
二、谱减法的实现过程1.采集语音信号和噪声信号在采集语音信号和噪声信号时，应尽可能选择质量好的麦克风和录音设备，保证信号的清晰度，避免信号本身存在的噪声干扰。
2.对语音信号和噪声信号的频谱进行平滑滤波平滑滤波的目的是去除语音信号和噪声信号中的高频成分，使其更加平滑。
常用的平滑滤波方法包括：高斯平滑、中位数滤波和均值平滑等。
其中，高斯平滑在实际应用中最为常见。
高斯平滑的过程是：对于每一个频率上的振幅，计算它和周围几个点的平均值，通过利用高斯函数将这些平均值加权，最终得到平滑后的振幅谱。
3.求出平滑后语音信号与噪声信号的频谱差值经过平滑处理后，获得了平滑后的语音信号频谱和噪声信号频谱。
１２９一种改进谱减法语音增强算法的研究符成山（装甲兵工程学院信息工程系，北京100072）摘要：语音增强是语音处理中常用的手段，在传播语音信号的同时噪声信号也随之添加进来，为了得到纯净的语音信号，我们对带噪信号进行语音增强，我们一般使用谱减法进行语音增强，但面对变化较大的噪声效果不理想。
文章提出了一种改进的谱减语音增强方法，通过实验仿真表明，该方法有效地解决了噪声变化大情况下的语音增强。
关键词：谱减法；自适应；语音增强中图分类号：TN912文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）08-0129-021概述语音增强的一个主要目标是从带噪信号中提取出纯净的原始语音，改进语音的质量，减少背景噪声的同时提高语音的质量。
由于宽带噪声无论从时域还是从频域上看均与语音信号重叠在一起，实践中语音增强的难点是宽带噪声的抑制和消除。
谱减法是最早被提出的去噪算法之一。
它的基本原理是假设噪声是加性噪声，通过从带噪语音谱中减去噪声谱的估计，就可以得到纯净的语音信号谱。
在不存在目标信号的期间，可以对噪声谱进行估计和更新。
但是谱减法虽然简单但是有很多缺点，由于谱减法对噪声估计比较简单，会出现错误，进而导致了语音失真的现象，使得语音可懂度下降。
1.1幅度谱减法基本原理语音信号是短时平稳的，一般语音信号在处理之前先要对其进行分帧加窗处理。
假如设某帧纯净语音信号为x (n )，噪声信号为d (n )，带噪语音为y (n )由纯净语音信号和噪声信号组成，即：y (n )=x (n )+d (n )，噪声信号的FFT 为D (，我们可以将Y=|Y （y ()为幅度谱，）是带噪信号的相位谱。
噪声谱D()=|D (d ()|是未知的，可以通过无语音活动时的平均幅度谱的估计来代替。
根据相位不会对语音可懂度超成影响，只是可能在一定程度上影响语音质量。
我们使用带噪语音相位）来代替噪声相位）。
带噪语音经过谱减后得到的纯净语音频谱的估计为。
基于谱减法的语音增强及其DSP实现摘要语音总会受到外界噪声不同程度的干扰和影响，噪声不但降低了语音质量和可懂度，而且还将导致语音处理系统性能的急剧恶化。
语音增强技术可以用来抑制噪声,提高抗噪声能力和输入信号的信噪比，改善语音质量、可懂度和系统的性能，并作为预处理或前端处理模块存在于语音处理系统中。
本论文首先从语音特性、噪声特性、人耳的感知特性以及语音信号分析得方法入手，重点研究了基于谱减法的增强算法并在MATLAB环境下对其进行了仿真，验证了谱减法在语音增强方面的有效性和可行性。
DSP(数字信号处理器)作为专用的数字信号处理芯片，具有在单机器周期内完成乘加运算、单机器周期内多次访问存储器以及丰富的片上外设等特点。
采用DSP进行语音信号处理代表未来语音信号处理的发展方向，在这种情况下，本文在研究谱减法的基础上，对算法进行了分析和实现，实现了基于DSP的语音信号采集与处理系统。
关键词：语音信号处理,语音增强,谱减法,DSPSPEECH ENHANCEMENT ALGORITHMS ANDIMPLEMENTATION ON DSPABSTRACTSpeech is inevitably interfered by noise. The noise not only degrades the quality and the intelligibility of speech, but also worsens the capability of the system. As speech enhancement technology can be used to reduce the noise, Improve anti-noise ability and the signal-to-noise ratio of the input signal , the input Signal-to-Noise Ratio of the speech processing system and improving the quality and intelligibility of speech, speech enhancement technology is usually used as the pre-processing module in the speech processing system.This paper first from speech characteristics, noise characteristics, the perception of the human ear characteristics and method of speech signal analysis, Focus on the based on the spectral subtraction enhancement algorithm and in the MATLAB environment of the simulation,Verify the spectral subtraction speech enhancement in the effectiveness and feasibility.DSP as special digital signal processor, has some unique features, such as Single-cycle multiply and accumulate (MAC)，multiple accessing memories in single cycle,a wide variety of on-chip peripherals. These features lead DSP applied widely in digital speech processing field. This paper studies the traditional Spectral Subtraction and improves it to reduce “music noise”. Then based on these theories, a practical speech enhancement processing system on DSP is designed and implemented.KEY WORDS:Speech processing,Speech enhancement,Spectral Subtraction,DSP基于谱减法的语音增强及其DSP实现 (I)摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1) (1) (2) (3)第二章语音增强的基础知识 (4) (4)人的听觉特性 (4)语音信号产生的数字模型 (5) (5) (5) (5) (6)、采样、A/D变换 (6) (6) (7) (7) (8) (8) (9) (9) (10)第三章谱减法的原理、算法及分析 (11) (11)谱减法的实现与仿真 (14) (16)第四章DSP介绍及基于DSP实时语音处理系统的设计 (17)DSP概述 (17)DSP芯片的基本结构 (17)DSP的运算速度 (19)DSP应用系统 (20) (21) (21) (21) (23)第五章基于谱减法的语音增强在DSP环境下的实现 (25) (25) (25)CCS (Code Composer Studio) DSP集成开发环境 (27) (27) (27) (29) (32) (32) (35)第六章结论与展望 (37) (37) (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录外文文献 (39)第一章绪论当今世界正处在信息时代。
改进谱减法语音增强研究屈晓旭;李朝辉;娄景艺【摘要】谱减法是语音增强算法中的常用算法.传统的谱减法使用直接判决法(DD)计算先验信噪比,会产生一帧的延时,不能有效滤除噪声,并且会引入"音乐噪声",影响通信效果.为了消除延时和"音乐噪声"带来的不良效果,在谱减法的基础上采用最小均方误差(MMSE)算法计算先验信噪比消除延时,并加汉明窗处理及半波整流,运用维纳滤波对带噪语音进行增强研究.结果表明,此谱减法改进算法消除了一帧的延时,并能有效滤除"音乐噪声",减小背景噪声带来的不良影响,且在主观听觉上增强了语音信号的质量,效果明显优于原始带噪语音信号.%Spectral subtraction is a commonly used algorithm in speech enhancement algorithms. Traditional spectral subtraction employs a direct decision method (DD) to compute the prior signal-to-noise ratio, and this would result in one-frame delay and couldn't filter out the noise effectively, and the introduction of"music noise" would also affect the communication effect. To eliminate the adverse effects brought about by the delay and"music noise", on the basis of spectral subtraction, the minimum mean square error (MMSE) algorithm is used to calculate the prior SNR (Signal-to-Noise Ratio), and with the addition of Hamming window and half-wave rectification, Wiener filtering is used to enhance the noisy speech. The experiment results indicate that the spectral subtraction algorithm could effectively eliminate the one-frame delay, filter out the"music noise", and reduce the adverse effects of background noise. Moreover, the quality of speech signal is enhanced onthe subjective hearing, and the effect is much better than that of original speech signal.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2017(050)009【总页数】4页(P1925-1928)【关键词】谱减法;MMSE;先验信噪比;半波整流;频谱修正;语谱图【作者】屈晓旭;李朝辉;娄景艺【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】TN927Abstract:Spectral subtraction is a commonly used algorithm in speech enhancement algorithms. Traditional spectral subtraction employs a direct decision method (DD) to compute the prior signal-to-noise ratio, and this would result in one-frame delay and couldn’t filte r out the noise effectively, and the introduction of“music noise” would also affect the communication effect. To eliminate the adverse effects brought about by the delay and “music noise”, on the basis of spectral subtraction, the minimum mean square error (MMSE)algorithm is used to calculate the prior SNR (Signal-to-Noise Ratio), and with the addition of Hamming window and half-wave rectification, Wiener filtering is used to enhance thenoisy speech. The experiment results indicate that the spectral subtraction algorithm could effectively eliminate the one-frame delay, filter out the “music noise”, and reduce the adverse effects of background noise. Moreover, the quality of speech signal is enhanced on the subjective hearing, and the effect is much better than that of original speech signal. Key words:spectral subtraction; MMSE; priori SNR; half-wave rectifier; spectral amendment; spectrogram语音是人类交流信息最直接、最便捷、最有效的手段。
文章编号:1007-757X(2020)12-0056-02一种基于谱减法的语音增强算法研究刘雅琴，甘文丽(洛阳师范学院信息技术学院，河南洛阳471934)摘要：为了从带噪语音信号中提取出纯净的原始语音，分析了基本谱减法，给出了功率谱的谱减法的完整步骤，在此基C上引入噪声谱估计系数a,减少了功率谱估计的误差”在Matlab平台上对信噪比分别为5dB、0dB、一5dB、一10dB W种带噪语音信号进行了仿真验证，提高的信噪比依次约为6、8、10和11,结果表明输入信噪比越低，增强后的信噪比提高越多，该算法对于低信噪比的语音信号增强有一定的效果#关键词：单通道；语音增强；谱减法；信噪比；离散傅里叶变换中图分类号：TP391.4文献标志码：AAn Algor"thm of Speech Enhancement Based on Spectral Subtract"onLIU Yaqin,GAN Wenii(College of Information Technology,Luoyang Normal University,Luoyang471934,China)Abstract:In order to extract pure original speech from noisy speech signal,in this paper,the spectral subtraction algorithm is analyzed!andthecompletestepsofpowerspectralsubtractionalgorithmaregiven Onthisbasis!thenoisespectralestimation coe f icient a isintroducedtoreducetheerrorofpowerspectralestimation Fourkindsofnoisyspeechsignals withsignal-to-noise ratio of10dB,5dB,0dB,—5dB and一10dB are simulated and verified on Matlab platform.The increase of signal-to-noiseisabout6!8!10and11inturn Theresultsshowthatthelowertheinputsignal-to-noiseratiois!themoretheenhanced signal-to-noiseratiois This algorithm has certain e f ect on speech enhancement with low signal-to-noise ratioKey words:single channel；speech enhancement；spectral subtraction；signal-to-noise ratio；DFT0引言语音增强是从带噪语音信号或者受干扰信号中提取出纯净的原始语音。
