[發(fā)明專利]一種基于有色噪聲的語音增強(qiáng)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710608441.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN107316648A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭康麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門理工學(xué)院
• 主分類號(hào): G10L21/02
• 分類號(hào): G10L21/02;G10L21/0208;G10L21/0216
• 代理公司: 廈門智慧呈睿知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)35222
• 代理人: 楊唯

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于有色噪聲的語音增強(qiáng)方法。

背景技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，用戶對(duì)居住環(huán)境提出了更高的需求，越來越注重家居生活的舒適、安全與便捷。智能家居旨在融合計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化控制、人工智能和網(wǎng)絡(luò)通訊各項(xiàng)技術(shù)于一體，將家居環(huán)境下的各種設(shè)備終端，比如照明設(shè)備、音視頻設(shè)備、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電等家庭網(wǎng)絡(luò)連接在一起，實(shí)現(xiàn)家居環(huán)境的智能控制。

語音是人與人之間最便捷的交互方式，智能語音技術(shù)對(duì)于改變家居環(huán)境下對(duì)電視、音箱、照明設(shè)備等控制方式有著重大革新意義，識(shí)賦予人與各終端設(shè)備良好溝通的重要橋梁。

發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，在真實(shí)家居場(chǎng)景下，用戶發(fā)出語音指令的同時(shí)，通過伴隨各種各樣的噪聲，比如電視的聲音、音樂等。通常需要進(jìn)行語音增強(qiáng)。然而在語音增強(qiáng)的過程中，提高信噪比(SNR)與提高可懂度通常是相互矛盾的。在濾除噪聲的同時(shí)或多或少會(huì)損傷語音信號(hào)。通常，噪聲濾除的越多，語音可懂度損害就越多，特別在低SNR下這一矛盾更為突出。

傳統(tǒng)的譜減法、維納濾波法是在頻域中進(jìn)行分析的，計(jì)算量比較小，降噪效果不理想。而基于信號(hào)子空間的語音降噪算法，是將帶噪語音信號(hào)投影到兩個(gè)子空間中，一個(gè)是語音信號(hào)子空間，另一個(gè)是噪聲子空間，通過去除噪聲子空間，由語音信號(hào)子空間來重構(gòu)語音信號(hào)，從而達(dá)到良好的降噪效果，但該方法屬于單通道語音降噪算法，只適用于白噪聲環(huán)境下的語音降噪，降噪后的語音通常伴有音樂噪聲。專利CN1014660055提供了一種麥克風(fēng)陣列語音增強(qiáng)技術(shù)，通過自適應(yīng)濾波器用一個(gè)麥克風(fēng)接收到的噪聲抵消另一個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)中的噪聲成分，保留語音成分，但是降噪的同時(shí)也會(huì)損害到語音。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例針對(duì)語音增強(qiáng)過程中在濾除噪音的同時(shí)會(huì)損害語音信號(hào)，導(dǎo)致語音的可懂度下降的技術(shù)問題，提供一種基于有色噪聲的語音增強(qiáng)方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)施的：

一種基于有色噪聲的語音增強(qiáng)方法，包括以下步驟:

步驟1，建立雙麥克風(fēng)陣列，接收得到兩個(gè)通道的帶噪語音信號(hào)，帶噪語音信號(hào)經(jīng)過時(shí)延補(bǔ)償模塊，以使兩個(gè)通道的帶噪語音信號(hào)同步；

步驟2，得到帶噪語音信號(hào)數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，并進(jìn)行特征值分解，將帶噪語音信號(hào)空間分為信號(hào)子空間和噪聲子空間；

步驟3，采用子空間法處理得到相對(duì)純凈的語音處理信號(hào)；

步驟4，在信號(hào)子空間內(nèi)對(duì)語音處理信號(hào)進(jìn)行最小均方方差估計(jì)，計(jì)算最小均方誤差。

在步驟1中，

S11，對(duì)麥克風(fēng)接收到的兩個(gè)通道的帶噪語音信號(hào)分別進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理包括對(duì)帶噪語音信號(hào)進(jìn)行采樣處理，然后進(jìn)行分幀處理，將分幀處理后的每幀信號(hào)進(jìn)行加窗處理。

S12，經(jīng)預(yù)處理后的帶噪語音信號(hào)經(jīng)過時(shí)延補(bǔ)償模塊，使兩個(gè)麥克風(fēng)的帶噪語音信號(hào)準(zhǔn)確同步，具體為：

雙麥克風(fēng)陣列采集的兩個(gè)通道的帶噪語音信號(hào)分別為x₀(n)和x₁(n)，進(jìn)行傅立葉變換到頻域，然后輸入到時(shí)延估計(jì)單元計(jì)算x₀(n)和x₁(n)的相位差τ₀和τ₁，根據(jù)相位差計(jì)算出兩個(gè)通道信號(hào)的相對(duì)延時(shí)ω₀。

然后，進(jìn)行延時(shí)-求和波束形成，表示為：

X(n)＝ω₀(n)x₀(n-τ₀)+ω₁(n)x₁(n-τ₁)，該過程可在某些程度上消除混響，并初略的對(duì)語音進(jìn)行降噪。

在步驟2中，

S21，雙麥克風(fēng)陣列接收到帶噪語音信號(hào)為X(n)，計(jì)算得到帶噪語音信號(hào)的協(xié)方差矩陣為：

其中，X(n)表示帶噪語音信號(hào)，E[·]表示求矩陣期望，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置，R_s表示純凈語音信號(hào)的協(xié)方差矩陣，R_n表示噪聲信號(hào)的協(xié)方差矩陣；。

S22，對(duì)協(xié)方差矩陣R_x進(jìn)行特征值分解，表示為：

R_x＝UΛ_xU^T；