基于双麦克风的语音增强算法研究

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随着时代的发展,一方面,人民生活水平的提高,物质生活充裕之后,对语音方面的要求越来越高,基于麦克风的应用也越来越广泛,语音增强算法也变得越来越重要,人们也在不断追求更高的音质和更好的听觉享受,尽管麦克风语音增强技术已经发展了几十年,但在复杂的强噪音环境下,现有的语音增强算法性能会大幅度下降。另一方面,在全世界的人口中,有超过5%的人遭受过不同程度的听力障碍,而在过去十年中对助听器和人工耳蜗的研发却没有太大的突破,由于设计的限制,助听器的性能在存在不同类型的背景噪声时下降,不能稳定的接收语音信号。一种解决方案是使用两个麦克风捕获嘈杂的语音数据,再用语音增强算法执行复杂的计算,然后将增强的语音传输到助听器。传统的语音增强算法效果已经渐渐不能满足人们的需要。基于此,本文提出了两种麦克风语音增强算法。首先,本文简要介绍了本课题的研究背景以及目前国内外的研究现状,然后对几种麦克风算法进行了介绍,并分析比较它们的优缺点,接着介绍了基于麦克风的语音信号模型和语音质量的评价标准,重点对超高斯最大后验算法和基于相干算法的增益函数进行了深入的研究,提出了在超高斯相干联合算法中加入一个“加权”因子,可以通过改变该因子来控制加权组合,从而控制噪声抑制和语音失真的数量,实验证明得到了更好的语音增强效果。其次,本文先提出了一种改良的双麦风增益函数,接着对MVDR波束形成技术进行了系统的研究和分析,研究了基于对数频谱幅度估计的增益函数,将两者联合起来,MVDR波束形成的输出信号加入对数频谱幅度估计的增益函数,可以使估计语音与真实语音之间的对数幅度谱的均方误差最小,从而实现语音增强的效果。最后,通过实验验证本文所提出的两种麦克风语音增强算法的优劣。实验表明,改良后的超高斯相干语音增强算法的PESQ得分(客观语音质量评估)和CSII得分(语音可理解度)都要高于log-MMSE算法和相干增益算法,提出的第二种算法MVDR与对数频谱幅度估计联合算法同样性能优越,PESQ得分和STOI得分(短时间客观理解性)也高于另外两种算法。
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