[发明专利]一种基于听觉小波包的毫米波生物雷达语音增强方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及语音信号获取和语音增强领域，尤其涉及一种基于听觉小波包的毫米波生物雷达语音增强方法。

【背景技术】

生物雷达语音探测技术克服了传统麦克风语音探测装置极易受环境声学噪声干扰，喉部送话器、骨传导麦克风需将探测装置与人体皮肤接触、光学语音探测传感器易受温度、气候等环境因素影响等缺点，具有非接触、非侵入、安全、方向性好、灵敏度高、探测距离远、抗干扰能力强等优点。基于生物雷达的非接触语音信号探测技术以电磁波为探测媒介，当电磁波到达人体时，经人体生理活动引起的体表微动调制，引起电磁波相位、频率发声改变，通过对接收的雷达回波信号进行解调，即可获得人体语音信号。该语音探测技术为语音信号的获取提供了一种新途径。虽然生物雷达采集的语音信号质量较传统的语音探测装置有较大的提高，然而，以电磁波为媒介的雷达语音往往叠加有电路噪声、电磁干扰噪声以及谐波噪声。这使得原始雷达语音信号噪声分布特点为：在高频部分，噪声含量较低，在低频部分噪声量较大。这些噪声在很大程度上降低了雷达语音的质量，也阻碍了生物雷达语音探测技术前进的步伐。因此，研究雷达语音增强方法，为该新的语音探测技术的发展具有重要意义。

【发明内容】

本发明的目的在于：提供一种提高生物雷达语音质量的语音增强方法，该方法有针对性的根据雷达语音噪声分布特点，能够有效减少雷达语音中噪声的含量，尤其是低频成分。为生物雷达语音探测技术的发展提供了语音增强方面的技术支持。

为有效实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于听觉小波包的毫米波生物雷达语音增强方法，包括以下步骤：

1)对生物雷达语音进行采样，得到原始带噪雷达语音信号；

2)将采集的原始雷达语音信号根据听觉特性划分为多个频率带；

3)根据听觉频率带对原始雷达语音信号进行听觉特性小波包分解；

4)对分解后的听觉小波包通过自适应节点阈值和修正的阈值函数去噪；

5)将经节点阈值去噪后的听觉小波包进行重构得到增强后的雷达语音。

2、根据权利要求1所述的基于听觉小波包的毫米波生物雷达语音增强方法，其特征在于：步骤1)中利用8通道的Powerlab生理记录仪对生物雷达语音进行采样，采样率为10kHz。

作为本发明的进一步改进，原始雷达语音信号根据人耳听觉特性可以分为五层17个频率带。

作为本发明的进一步改进，步骤3)生物雷达语音听觉特性小波包分解方法如下：

假设生物雷达探测到的带噪雷达语音信号为x(n)，雷达语音信号频率分布范围为0-4000Hz，对该雷达语音信号可由下式分解为多个听觉频率带：

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

其中，f是信号频率，单位为Hz。

其中心频率可由下式计算：

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

其中f_c是雷达语音信号中心频率，单位为Hz。

带噪雷达语音信号可用小波包表示为

其中，是小波包系数，l是平移参数，j是尺度参数，n是频率参数。

那么小波包分解可以由下式表示：

其中，是小波包系数，h_2l-k和g_2l-k分别是低通滤波器和高通滤波器。

作为本发明的进一步改进，步骤4中：对每个尺度的和进行自适应节点阈值处理，各尺度自适应软阈值由下式表示：

其中，N_j第j个尺度信号的长度，σ_j是各个尺度信号的估计噪声，可用下式计算：

σ_j＝MAD_j/0.675(6)

其中，MAD_j是尺度j上各小波系数绝对值的中值；

修正的阈值函数为：