[发明专利]一种基于多窗谱的语音减噪方法

说明书

本发明涉及一种基于多窗谱的语音减噪方法，属于音频信号处理技术领域。本发明通过使用多窗谱具有较小偏差和方差，从含噪语音的多窗谱来估计噪声，使得先验信噪比具有较小的方差，从而有利于噪声的消除，将其引入到谱减法中，使得噪声估计的偏差较小，并且在对语音进行傅里叶变换得到的幅度进行平滑处理，计算谱减后的幅值，最终进行傅里叶反变换得到减噪后的语音，减噪后的语音更接近纯净语音。

技术领域

本发明涉及一种基于多窗谱的语音减噪方法，属于音频信号处理技术领域。

背景技术

语音减噪属于语音增强技术，其本质就是语音降噪，换句话说，日常生活中，麦克风采集的语音通常是带有不同噪声的“污染”语音，语音增强的主要目的就是从这些被“污染”的带噪语音中恢复出我们想要的干净语音。

为了抑制语音中的噪声，学者们提出过一些语音增强方法。谱减法就是其中的一种，谱减法存在对噪声谱估计不准的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于多窗谱的语音减噪方法，通过引入多窗谱对谱减法进行改进，同时对傅里叶变换后的幅值进行平滑处理，使得噪声大大降低，最终提取出的语音更接近纯净语音。

本发明采用的技术方案是：一种基于多窗谱的语音减噪方法，该方法包括以下步骤：

(1)语音采集：采集语音；

(2)语音信号的预处理：主要包括分帧、加窗处理；

(3)对预处理后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，分别求其幅度谱|X_i(k)|和相位谱θ_i(k)，在相邻帧之间做平滑处理，计算平均幅度谱

(4)将预处理后的信号进行多窗谱估计，得到多窗谱功率谱密度P(k，i)；

(5)对多窗谱功率谱密度估计值进行相邻帧之间的平滑处理，计算出平均功率谱密度P_y(k，i)；

(6)计算出噪声平均功率谱密度P_n(k)；

(7)计算增益因子g(k，i)；

(8)通过增益因子和平均幅度求得谱减后的幅度谱

(9)通过快速傅里叶反变换(IFFT)得到减噪后的语音信号

具体地，所述步骤(1)中的语音采集，在通过专业音频软件采集信号时，采样率f_s≥2f_h，f_h为信号最高频率，设置声道数为单声道，采样频率为8000Hz，量化精度为16bit。

具体地，所述步骤(2)中预处理包括以下步骤：

(1)分帧：因为语音信号为短时平稳信号，所以需要进行分帧处理，以便把每一帧当成平稳信号处理。同时为了减少帧与帧之间的变化，相邻帧之间取重叠。一般帧长取25ms，帧移取帧长的一半。

(2)加窗：加窗之后是为了进行傅里叶展开，使全局更加连续，避免出现吉布斯效应，加窗之后，原本没有周期性的语音信号呈现出周期函数的部分特征。在语音信号分析中，常用的窗函数有矩形窗、海宁窗和汉明窗。

具体地，所述步骤(3)中，平均幅度谱的计算公式如下：

以i帧为中心前后各取M帧，共有2M+1帧进行平均。

具体地，所述步骤(4)中，多窗谱定义如下：

式中，L为数据窗个数；为k个数据窗的谱：