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摘要: 本文主要研究目的是增强语音质量，减少语音失真和提高其可懂度。
首先介绍了语音增强的发展状况及研究意义，详细对比分析了各种语音增强算法的优缺点，着重研究了语音增强的相关基本理论。
在以上研究分析的基础上，本文采用了谱减法进行语音增强，给出谱减法的基本原理和实现过程。
此外，本文采用语音激活检测(V AD)方法进行噪声估计。
整个算法用MATLAB进行模拟仿真，仿真结果表明，所提出的算法在去除背景噪声的同时，保证了较小的语音失真，主观测听效果也比较理想。
关键词:语音增强；谱减法；噪声估计；语音激活检测Study of Speech Enhancement Technology Based on Spectral Subtraction Abstract: The purpose of this paper is to improve speech quality, to reduce speech distortion, and improve speech intelligibility. We first introduce the development and significance of speech enhancement, and give a detailed comparison of various speech enhancement algorithms. Especially, we study the basic theories of speech enhancement. Then, on the analysis above, we use spectral subtraction to improve speech quality, and also introduce basic principle of spectral subtraction. Furthermore, we adopt the noise estimator based on V oice Activity Detection (V AD) to estimate noise. In the experiment of this paper, the speech enhancement algorithm is implemented on computer with MATLAB. The simulation result indicates that the algorithm can eliminate noise very well, ensure the smaller voice distortion and also more pleasant to a human listener.Key words: speech enhancement; spectral subtraction; noise estimation; V AD目录第1章前言 (1)1.1 课题研究背景 (1)1.2 语音增强的历史和发展现状 (2)1.3 本文主要研究内容 (4)第2章语音增强的理论基础 (6)2.1 人耳感知特性 (6)2.2 语音特性分析 (6)2.3 噪声分类及其特性 (7)2.4 语音信号的短时处理 (8)2.4.1 语音信号预处理 (8)2.4.2 语音信号加窗分帧 (9)2.4.3 语音信号的短时傅立叶变换 (9)2.5 语音增强性能 (10)2.5.1 语音质量的主观评价 (10)2.5.2 语音质量的客观评价 (11)第3章基于谱减法的语音增强技术 (13)3.1 谱减法的基本原理 (13)3.2 谱减法建立的假设 (15)3.3 “音乐噪声”的产生 (16)3.4 语音端点检测技术 (16)3.5 基于谱减法的语音增强算法流程 (18)3.6 实验结果与分析 (19)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)第1章前言1.1 课题研究背景人们在语音通信过程中不可避免地会受到来自周围环境、传输媒介引入的噪声、通信设备内部电噪声乃至其他讲话者的干扰。
一种改进型谱减法在短波语音通信中的应用研究摘要：短波语音通信中往往混杂有很多干扰和背景噪声，为了尽可能减小这些噪声，在接收端还原出更为清晰的语音，文章通过对常见语音增强算法进行仿真对比，选用谱减法并进行实现后成功应用于短波语音通信系统。
实际使用结果表明，文章提出的算法能有效抑制短波语音中的噪声干扰，显著提高了接收语音质量。
关键词：语音增强；改进型谱减法；短波；通信短波语音通信具有无可比拟的顽存性、机动性和灵活性等优越性，在广播和日常生活等多方面得到了广泛应用，但短波极易受到外界干扰，严重影响了语音通信质量。
因此如何有效抑制或滤除背景噪声一直是人们研究的热点。
语音增强的目的是从噪声背景中提取有用的语音信号，抑制、降低噪声干扰的技术。
语音增强的目的是改进语音质量，尽可能消除背景噪声、提高信噪比，同时提高语音自然度、可懂度和说话人的可辨度。
为了在短波语音通信中进一步减小噪声，还原出更加清晰的语音，有必要采取语音增强技术对接收端的语音进行进一步处理。
1 几种常见的语音增强算法的去噪效果比较常见的语音增强算法有短时谱MMSE法、谱减法、维纳滤波法等，为了检测它们的去噪效果，我们对三种算法在不同输入信噪比下的输出信噪比进行了仿真比较：从图1可以看到，三种常用的语音增强技术在不同噪声环境下对带噪语音的降噪效果不同。
短时谱MMSE法在三种算法中似乎具有最佳的降噪效果，其实不然。
短时谱MMSE法在大幅提高语音的SNR的同时也提高了噪声的幅度，因此很少进行实际应用。
谱减法和维纳滤波法相比，在输入信噪比为-7 dB以下或8 dB以上时，谱减法具有更高的输出信噪比。
在-7 dB到8 dB之间，维纳滤波法的性能更好一些。
由于我们通常接收到的可辨短波语音信噪比都在8 dB以上，因此我们选用谱减法进行实现。
2 谱减法原理谱减法又称谱相减法，即从带噪语音的频谱估值中减去噪声的频谱估值，从而得到“纯净语音”的频谱。
由于人耳对语音频谱分量的相位不敏感，因而这种方法主要针对短时功率谱。
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。
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。
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。
