语音信号的盲源分离算法研究及应用

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盲源分离问题即在不知道源信号和传输通道的先验信息的情况下,根据源信号的统计特性,仅由观测到的混合信号恢复出源信号的过程。盲源分离应用领域非常广阔,目前已广泛应用于语音信号处理,阵列信号,图像处理及医学信号处理等许多领域。而语音信号的盲源分离是盲源分离技术的一个非常重要的分支,是当前语音信号研究的热点。独立量分析(independent component analysis,简称ICA)是盲信号处理运用得最普遍的一类算法。本文深入细致地研究了盲源分离的理论,包括盲源分离的现状、发展和盲源分离原理和处理方法等内容。在盲源分离算法的研究中,重点研究了基于峭度和最大熵的盲源分离算法。   在传统的随机梯度算法中,一般需对源信号的概率密度函数预先做一个假设。如果假设的概率密度函数与真实源信号差别较大的话,将对分离的结果产生较大的影响。由此,本文提出了一种基于峭度的自适应调节算法,并不需要预先假设源信号的概率密度函数,而是根据源信号的特性自动调节生成。在MATLAB上对该算法的仿真证明,该算法达到了良好的分离率。此外,在该算法中对噪声存在的情况进行了研究。在最大熵算法中,发现传统的固定步长算法不能达到较为理想的收敛速度和分离效果,从而在本文中提出了一种自适应变步长的方法,使得分离的速度更快,效果更理想。并且,本文对该算法在卷积混合的情况下也进行了实现。另外,本文给出了该算法在数字信号处理器(简称DSP)上的实现。在通过理论分析和语音信号仿真实验验证了该算法的可行性之后,本文创建了一个以DSP为核心的二维语音信号盲源分离硬件实验系统,把基于最大熵的自适应步长算法嵌入到DSP中去,探索了本算法在语音信号盲源分离中的实际应用。该系统的硬件平台采用的是ADI公司的Blackfin-533开发板。实验表明,该实验系统在一定的条件下对混合语音信号达到良好的分离效果。这与基于最大熵的自适应可变步长算法的理论分析相一致。本文提到的算法均在MATLAB上进行了大量的仿真实验,测试和评价算法分离的效果,得到了较为满意的结果。
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