语音降噪算法研究与实现
语音降噪算法研究与实现[20191213091725]
摘 要
语音增强已经发展成为语音信号处理的一个重要的研究方向。在许多语音处理的应用中，例如移动通信、语音识别和助听器，语音信号的处理不得不在具有噪声的环境下进行。在过去的几十年里，人们提出了许多方法去消除噪声和减少语音失真，例如谱减法，基于小波的方法，隐式马尔科夫模型法和信号子空间法等。
文章简要地介绍了谱相减法、维纳滤波、小波变换法等传统的语音降噪算法，比较了它们的优缺点，给出了基本的自适应噪声抵消系统。对LMS自适应算法的理论与性能进行了分析，在MATLAB平台上仿真检验了该算法对噪声的滤除效果。仿真结果表明，LMS算法能有效消除语音中的噪声，但是算法本身还存在收敛速度较慢的缺陷。因此，对LMS算法进行了改进分析。对时域变步长自适应滤波算法进行研究，依据变步长LMS算法应遵循的原则，从S型函数和误差自相关结合估计等不同的角度提出了时域变步长LMS自适应算法的改进算法，并对这些改进算法进行了理论分析和计算机仿真。仿真结果表明，提出的两种时域变步长LMS自适应算法的改进算法均具有较好的收敛速度、稳态误差和改善因子。
文章提出的几种改进的算法，解决了经典LMS算法收敛速度慢的问题，更加有利于算法实时实现，仿真结果表明用于语音降噪能够收到较好的效果。论文的最后对所做的工作进行了总结，指出存在的问题和今后继续研究工作的思路。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:自适应滤波MATLAB语音降噪LMS算法
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
前 言..........................................................................................................1
第1章 语音降噪发展概述..................................................................................2
1.1 语音降噪发展历史和现状...............................................................................2
1.2 课题意义和研究目标.......................................................................................3
第2章 语音降噪的模型与方法.........................................................................5
2.1 引言.....................................................................................................................5
2.2 语音和噪声的特性.............................................................................................5
2.2.1 语音的特性..................................................................................................5
2.2.2 噪声的特性..................................................................................................6
2.2.3 带噪语音模型..............................................................................................7
2.3 几种传统的语音降噪方法.................................................................................7
2.3.1 谱减法..........................................................................................................7
2.3.2 维纳滤波法................................................................................................10
2.3.3 基于小波的方法........................................................................................14
2.3.4 自适应噪声抵消法....................................................................................19
2.4 本章小结...........................................................................................................20
第3章 自适应滤波器和噪声抵消..................................................................21
3.1 引言...................................................................................................................21
3.1.1 滤波器结构................................................................................................21
3.1.2 最佳滤波准则............................................................................................22
3.2 基本自适应滤波算法介绍...............................................................................22
3.2.1 基本 LMS 自适应算法............................................................................22
3.2.2 基本 RMS 自适应算法...........................................................................28
3.3 自适应噪声抵消系统及MATLAB仿真........................................................30
3.3.1 自适应噪声抵消原理................................................................................30
3.3.2 仿真分析....................................................................................................31
3.4 本章小结...........................................................................................................34
第4章 改进的变步长LMS算法和仿真实现............................................35
4.1 一种基于S函数改进的变步长LMS算法....................................................36
4.1.1 SVS-LMS算法........................................................................................36
4.1.2 对SVS-LMS算法的改进.........................................................................37
4.1.3 改进的算法仿真分析................................................................................39
4.2 一种改进的时域变步长LMS算法（NVS-LMS）.......................................41
4.2.1 NVS-LMS算法..........................................................................................41
4.2.2 算法仿真分析............................................................................................41
4.3 本章小结...........................................................................................................44
结 论........................................................................................................................45
参考文献...................................................................................................................46
致 谢........................................................................................................................48
前 言
当今世界正处在信息时代。计算机、电子和信息技术的高速发展，推动着人类社会向信息社会不断进步。语音是人类相互之间进行交流最自然和最方便的形式之一，语音通信是一种理想的人机通信方式。人们一直梦想有朝一日可以摆脱键盘或遥控设备的束缚，拥有更为友好、亲切的人机界面，使得计算机或家用电器可以听懂人的话语，看懂人的动作，执行人们所希望的任何任务，而语音数字信号处理正是其中一项至关重要的应用技术。语音增强技术指当语音信号被各种各样的噪声(包括语音)干扰，甚至淹没后，从噪声背景中提取出尽可能纯净的语音信号，增强有用的语音信号，抑制、降低噪声干扰的技术。由于干扰的随机性，因而从带噪语音提取完全纯净语音几乎不可能。在这种情况下，语音增强的目的主要有两个：一是改进语音质量，消除背景噪声，使听者乐于接受，不感觉疲劳，这是一种主观度量；二是提高语音的可懂度，这是一种客观度量。这两个目的往往不能兼得。
在日常生活中，经常会遇到在噪声干扰下进行语音通信的问题。例如在汽车、火车上使用移动电话，旁人的喧闹声，马路旁和市场里的公用电话等；在军事通信中，指挥员的作战命令和战斗员的战情汇报都需要用语音来表达，由于战斗环境中的声环境恶劣，特别是炸弹产生的冲击性噪声，使有用信号完全淹没在噪声中；在实际生活中，语音信号无时无地不受各种噪声干扰。人们正常的生活环境就是一个声级为60dB左右的噪声环境。被强噪声污染的场合，噪声达120dB以上。
当前，语音增强己发展成为语音信号数字处理的一个重要分支。它的主要应用范围是降低听觉噪声，识别系统的预处理和线性预测编码的预处理。语音增强是一门跨学科的技术，不但与语音信号数字处理理论有关，而且涉及到人的听觉感知和语音学。再者，噪声来源众多，随应用场合而异，它们的特性也各不相同。即使在实验室仿真条件下，也难以找到一种通用的语音增强算法适应于各种噪声环境。必须针对不同噪声，采取不同的语音增强对策。为此，消除噪声、研究抗环境噪声通信技术将具有十分重要的意义。
摘 要
语音增强已经发展成为语音信号处理的一个重要的研究方向。在许多语音处理的应用中，例如移动通信、语音识别和助听器，语音信号的处理不得不在具有噪声的环境下进行。在过去的几十年里，人们提出了许多方法去消除噪声和减少语音失真，例如谱减法，基于小波的方法，隐式马尔科夫模型法和信号子空间法等。
文章简要地介绍了谱相减法、维纳滤波、小波变换法等传统的语音降噪算法，比较了它们的优缺点，给出了基本的自适应噪声抵消系统。对LMS自适应算法的理论与性能进行了分析，在MATLAB平台上仿真检验了该算法对噪声的滤除效果。仿真结果表明，LMS算法能有效消除语音中的噪声，但是算法本身还存在收敛速度较慢的缺陷。因此，对LMS算法进行了改进分析。对时域变步长自适应滤波算法进行研究，依据变步长LMS算法应遵循的原则，从S型函数和误差自相关结合估计等不同的角度提出了时域变步长LMS自适应算法的改进算法，并对这些改进算法进行了理论分析和计算机仿真。仿真结果表明，提出的两种时域变步长LMS自适应算法的改进算法均具有较好的收敛速度、稳态误差和改善因子。
文章提出的几种改进的算法，解决了经典LMS算法收敛速度慢的问题，更加有利于算法实时实现，仿真结果表明用于语音降噪能够收到较好的效果。论文的最后对所做的工作进行了总结，指出存在的问题和今后继续研究工作的思路。
查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:自适应滤波MATLAB语音降噪LMS算法
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
前 言..........................................................................................................1
第1章 语音降噪发展概述..................................................................................2
1.1 语音降噪发展历史和现状...............................................................................2
1.2 课题意义和研究目标.......................................................................................3
第2章 语音降噪的模型与方法.........................................................................5
2.1 引言.....................................................................................................................5
2.2 语音和噪声的特性.............................................................................................5
2.2.1 语音的特性..................................................................................................5
2.2.2 噪声的特性..................................................................................................6
2.2.3 带噪语音模型..............................................................................................7
2.3 几种传统的语音降噪方法.................................................................................7
2.3.1 谱减法..........................................................................................................7
2.3.2 维纳滤波法................................................................................................10
2.3.3 基于小波的方法........................................................................................14
2.3.4 自适应噪声抵消法....................................................................................19
2.4 本章小结...........................................................................................................20
第3章 自适应滤波器和噪声抵消..................................................................21
3.1 引言...................................................................................................................21
3.1.1 滤波器结构................................................................................................21
3.1.2 最佳滤波准则............................................................................................22
3.2 基本自适应滤波算法介绍...............................................................................22
3.2.1 基本 LMS 自适应算法............................................................................22
3.2.2 基本 RMS 自适应算法...........................................................................28
3.3 自适应噪声抵消系统及MATLAB仿真........................................................30
3.3.1 自适应噪声抵消原理................................................................................30
3.3.2 仿真分析....................................................................................................31
3.4 本章小结...........................................................................................................34
第4章 改进的变步长LMS算法和仿真实现............................................35
4.1 一种基于S函数改进的变步长LMS算法....................................................36
4.1.1 SVS-LMS算法........................................................................................36
4.1.2 对SVS-LMS算法的改进.........................................................................37
4.1.3 改进的算法仿真分析................................................................................39
4.2 一种改进的时域变步长LMS算法（NVS-LMS）.......................................41
4.2.1 NVS-LMS算法..........................................................................................41
4.2.2 算法仿真分析............................................................................................41
4.3 本章小结...........................................................................................................44
结 论........................................................................................................................45
参考文献...................................................................................................................46
致 谢........................................................................................................................48
前 言
当今世界正处在信息时代。计算机、电子和信息技术的高速发展，推动着人类社会向信息社会不断进步。语音是人类相互之间进行交流最自然和最方便的形式之一，语音通信是一种理想的人机通信方式。人们一直梦想有朝一日可以摆脱键盘或遥控设备的束缚，拥有更为友好、亲切的人机界面，使得计算机或家用电器可以听懂人的话语，看懂人的动作，执行人们所希望的任何任务，而语音数字信号处理正是其中一项至关重要的应用技术。语音增强技术指当语音信号被各种各样的噪声(包括语音)干扰，甚至淹没后，从噪声背景中提取出尽可能纯净的语音信号，增强有用的语音信号，抑制、降低噪声干扰的技术。由于干扰的随机性，因而从带噪语音提取完全纯净语音几乎不可能。在这种情况下，语音增强的目的主要有两个：一是改进语音质量，消除背景噪声，使听者乐于接受，不感觉疲劳，这是一种主观度量；二是提高语音的可懂度，这是一种客观度量。这两个目的往往不能兼得。
在日常生活中，经常会遇到在噪声干扰下进行语音通信的问题。例如在汽车、火车上使用移动电话，旁人的喧闹声，马路旁和市场里的公用电话等；在军事通信中，指挥员的作战命令和战斗员的战情汇报都需要用语音来表达，由于战斗环境中的声环境恶劣，特别是炸弹产生的冲击性噪声，使有用信号完全淹没在噪声中；在实际生活中，语音信号无时无地不受各种噪声干扰。人们正常的生活环境就是一个声级为60dB左右的噪声环境。被强噪声污染的场合，噪声达120dB以上。
当前，语音增强己发展成为语音信号数字处理的一个重要分支。它的主要应用范围是降低听觉噪声，识别系统的预处理和线性预测编码的预处理。语音增强是一门跨学科的技术，不但与语音信号数字处理理论有关，而且涉及到人的听觉感知和语音学。再者，噪声来源众多，随应用场合而异，它们的特性也各不相同。即使在实验室仿真条件下，也难以找到一种通用的语音增强算法适应于各种噪声环境。必须针对不同噪声，采取不同的语音增强对策。为此，消除噪声、研究抗环境噪声通信技术将具有十分重要的意义。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/2257.html
