[發明專利]一種基于聽覺小波包的毫米波生物雷達語音增強方法

在審

• 申請號: 201611032982.8
• 申請日: 2016-11-15
• 公開（公告）號: CN106782588A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳扶明;王健琪;李盛;呂昊
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第四軍醫大學
• 主分類號: G10L21/0208
• 分類號: G10L21/0208
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 張弘

【技術領域】

本發明涉及語音信號獲取和語音增強領域，尤其涉及一種基于聽覺小波包的毫米波生物雷達語音增強方法。

【背景技術】

生物雷達語音探測技術克服了傳統麥克風語音探測裝置極易受環境聲學噪聲干擾，喉部送話器、骨傳導麥克風需將探測裝置與人體皮膚接觸、光學語音探測傳感器易受溫度、氣候等環境因素影響等缺點，具有非接觸、非侵入、安全、方向性好、靈敏度高、探測距離遠、抗干擾能力強等優點。基于生物雷達的非接觸語音信號探測技術以電磁波為探測媒介，當電磁波到達人體時，經人體生理活動引起的體表微動調制，引起電磁波相位、頻率發聲改變，通過對接收的雷達回波信號進行解調，即可獲得人體語音信號。該語音探測技術為語音信號的獲取提供了一種新途徑。雖然生物雷達采集的語音信號質量較傳統的語音探測裝置有較大的提高，然而，以電磁波為媒介的雷達語音往往疊加有電路噪聲、電磁干擾噪聲以及諧波噪聲。這使得原始雷達語音信號噪聲分布特點為：在高頻部分，噪聲含量較低，在低頻部分噪聲量較大。這些噪聲在很大程度上降低了雷達語音的質量，也阻礙了生物雷達語音探測技術前進的步伐。因此，研究雷達語音增強方法，為該新的語音探測技術的發展具有重要意義。

【發明內容】

本發明的目的在于：提供一種提高生物雷達語音質量的語音增強方法，該方法有針對性的根據雷達語音噪聲分布特點，能夠有效減少雷達語音中噪聲的含量，尤其是低頻成分。為生物雷達語音探測技術的發展提供了語音增強方面的技術支持。

為有效實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種基于聽覺小波包的毫米波生物雷達語音增強方法，包括以下步驟：

1)對生物雷達語音進行采樣，得到原始帶噪雷達語音信號；

2)將采集的原始雷達語音信號根據聽覺特性劃分為多個頻率帶；

3)根據聽覺頻率帶對原始雷達語音信號進行聽覺特性小波包分解；

4)對分解后的聽覺小波包通過自適應節點閾值和修正的閾值函數去噪；

5)將經節點閾值去噪后的聽覺小波包進行重構得到增強后的雷達語音。

2、根據權利要求1所述的基于聽覺小波包的毫米波生物雷達語音增強方法，其特征在于：步驟1)中利用8通道的Powerlab生理記錄儀對生物雷達語音進行采樣，采樣率為10kHz。

作為本發明的進一步改進，原始雷達語音信號根據人耳聽覺特性可以分為五層17個頻率帶。

作為本發明的進一步改進，步驟3)生物雷達語音聽覺特性小波包分解方法如下：

假設生物雷達探測到的帶噪雷達語音信號為x(n)，雷達語音信號頻率分布范圍為0-4000Hz，對該雷達語音信號可由下式分解為多個聽覺頻率帶：

z(f)＝13tan^-1(7.6×10^-4f)+3.5tan^-1(1.33×10^-4f)²[Bark](I)

其中，f是信號頻率，單位為Hz。

其中心頻率可由下式計算：

CBW(f_c)＝25+75(1+1.4×10^-6f_c²)^0.69[Hz](2)

其中f_c是雷達語音信號中心頻率，單位為Hz。

帶噪雷達語音信號可用小波包表示為

其中，是小波包系數，l是平移參數，j是尺度參數，n是頻率參數。

那么小波包分解可以由下式表示：

其中，是小波包系數，h_2l-k和g_2l-k分別是低通濾波器和高通濾波器。

作為本發明的進一步改進，步驟4中：對每個尺度的和進行自適應節點閾值處理，各尺度自適應軟閾值由下式表示：

其中，N_j第j個尺度信號的長度，σ_j是各個尺度信號的估計噪聲，可用下式計算：

σ_j＝MAD_j/0.675(6)

其中，MAD_j是尺度j上各小波系數絕對值的中值；

修正的閾值函數為：