传声器风噪声抑制方法及实现技术研究

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1、密级：一中国科学院大学UniversityofChineseAcademyofSciences博士学位论文作者姓名：戆d∑强指导教师：奎巫固研究虽主国科堂院岜堂巫究压学位类别：工堂簋±学科专业：信呈墨信息处理研究所：生国型堂院直堂研究压2013年5月TheResearchandImplementationofMicrophone巡lD鱼丛Qi墨皇墨坚乜巳丝苎墨iQD丛皇皇bQ垫ByLaiXiaoqiangADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofScie

2、ncesInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringInstituteofAcoustics，ChineseAcademyofSciencesMay,2013眦4㈣6mml儿¨¨¨●lⅢ旧叭3㈣2㈣Y学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做

3、出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。》’￡，论文作者签名了秕、1、丐似日期：阳·尹厂月护学位论文使用授权说明本人完全了解中国科学院研究生院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：·按照中国科学院大学要求提交学位论文的印刷本和电子版本；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；·中国科学院大学与中国科学院声学研究所可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；(保密论文在解密后遵守此规定)敝储戤静、涉师签矽日摘要风噪

4、声一般是由气流和传声器相互作用产生的，往往具有能量高、频率低、非平稳、频带与语音信号重叠的特点，给语音信号造成严重干扰，严重影响着户外传声器的拾音质量。其中风噪声的非平稳特性给风噪声估计及抑制带来极大挑战。已有的风噪声抑制方法要么依赖风噪声的估计，要么过度依赖经验值。由于风噪声受风速和周围环境影响较大，因此，风噪声的精确估计难以获得，风噪声的经验值也不具有普适性，从而导致依赖风噪声估计的方法难以在残余噪声和语音信号失真之间取得平衡，依赖经验值的方法适应性较差。针对上述问题，本文在深入研究风噪声特性的基础上，分别基于

5、单传声器系统和多传声器系统展开风噪声抑制方法研究，并在DSP实时系统中进行技术实现。具体内容概括如下：1．研究了风噪声的特性。从风噪声时频域统计特性出发，研究了风噪声的非平稳性及其频谱包络；分别在理想层流条件及实际湍流条件下研究了风噪声声压方程，明确了风噪声声压和频率的主要影响因素；对防风罩的风噪声抑制性能进行了研究，分析了防风罩尺寸、外形材质及孔隙率等因素对风噪声抑制性能的影响。2．单传声器系统中，在现有的NMF及SNMF算法基础之上提出了基于卷积模型的SNMF算法，即c．SNMF算法，并将之成功应用到风噪声抑制

6、领域。该算法充分利用了语音信号帧间的关联性，能够有效而完整地提取出语音信号频域特征信息。实验表明，该方法在有效抑制风噪声的同时，完整保留了语音信号的谐波信息，但存在算法运算量大、实时性差的问题。3．双传声器系统中，提出了基于双传声器频域相干性原理的风噪声抑制方法。该方法充分利用了语音信号频域强相干性和风噪声频域弱相干性的特点，在准确计算噪声频域相干系数的基础上，采用Zelinski后滤波器有效滤除风噪声。实验表明，该方法不仅具有良好的噪声抑制性能，对语音损伤很小，而且具有运算量小、实时性强的特点，具有非常高的实际工

7、程应用价值。4．研究了风噪声抑制算法在DSP实时系统中实现的问题，主要包含DSP系传声器风噪声抑制方法及实现技术研究统硬件电路设计、软件系统实现及DSP软件开发环境(CCStudioV3．3)下代码优化工作，最后在DSP实时系统中对文中提出的风噪声抑制算法进行进一步验证。通过理论分析、仿真实验及基于DSP实时系统的实际工程应用，验证了文中所提算法具备优良的风噪声抑制性能，可广泛应用于数字助听器、移动通信设备等各类拾音系统中。关键词：风噪声抑制；拾音系统；非负矩阵分解；频域相干性IIAbstractTheResear

8、chandImplementationofMicrophoneWindNoiseSuppressionMethodLaiXiaoqiang(SignalandInformationProcessing)DirectedbyProf．LiShuangtianWindnoise，generallygeneratedbytheinteractionoftheflo