基于独立成分分析的双麦克阵列语音增强算法-论文.pdf

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1、2014年第2期文章编号：1009—2552(2014)02—0005—05中图分类号：TP391．42文献标识码：A基于独立成分分析的双麦克阵列语音增强算法张彦芳，唐昆，崔慧娟(清华信息科学与技术国家实验室，北京100084)摘要：提出了利用频域的独立成分分析(Independentcomponentsanalysis)算法分离语音信号和噪声信号，达到抑制噪声的效果。并且，针对ICA算法在噪声源集中的环境中效果较好，在噪声源分散的环境中性能有所退化的情况，基于时域带噪信号的ICA算法提出频域带噪信号的ICA算法。最后利用最小均方误差估计谱幅度算法(

2、Minimummeansquareerror)去除残留噪声，达到较好的语音增强效果。通过大量的实验数据测试，文中提出的基于ICA和MMSE短时谱幅度估计的双麦克语音增强算法在不同信噪比(SignaltoNoiseRatio)下，都取得了良好的降噪效果。关键词：语音增强；双麦克；独立成分分析Speechenhancementusingtwo-microphonebasedonindependentcomponentanalysis，ZHANGYan．fang．TANGKun．CUIHui-juan(NationalLaboratoryforInform

3、ationScienceandTechnology，TsinghuaUniversity，~ijing100084，China)Abstract：Theproposedalgorithmappliesthefrequency—domainICAtocancelnoise．Theoriginalfrequency—domainICAhasshownimpressivenoisereductionabilitiesinadirectionalnoisefield，whilemaintaininglowspeechdistortion．However，in

4、adifusednoisefiledlesssignificantnoisereductionisobtainable．Inthiscontributionthispaperproposestwomethodsforimprovingtheperformanceindifusednoisefield．OneextendsthebasicICAmodeltothesituationwherenoiseispresent．TheotherusestheMMSEestimateofspectralamplitudeasapostprocessing．Ant

5、heexperimentalstudy，whichconsistsofbothobjectiveandsubjectiveevaluationinvariousnoisefields，demonstratestheadvantageoftheproposedalgorithm．Keywords：speechenhancement；two—microphone；independentcomponentsanalysis0引言该被利用。带噪语音的语音增强在语音处理系统中有非常传统的麦克阵列语音增强有最简单的结构延时重要的地位，例如，语音识别、语音编码，尤

6、其是低速相加器(Thedelay—andsum)、自适应滤波器(Adap—率声码器。在众多的降噪算法中，麦克阵列针对低tivebeamforming)、广义奇异值分解算法(General—信噪比的情况是一种非常有效的算法。izedsingularvaluedecomposition)等算法¨。这些单麦克语音降噪算法在降噪的同时人为地引入算法的性能受到麦克阵列规模的影响比较大。而双了不可忽略的噪声，例如，musicalnoise，同时对语音麦克语音增强的传统算法是自适应噪声相消法也会产生一定的损伤。相比单麦克语音增强算法，基于麦克阵列的语音增强算法同时

7、运用了信号源和收稿日期：2013—04—02基金项目：国家十二五预研项目(20114113036)噪声源的频率和空间特征。考虑到语音和噪声源在作者简介：张彦芳(1987一)，女，硕士研究生，研究方向为双麦克语物理空间上位于不同的位置，这种空间分集增益应音增强算法。一5一(Adaptivenoisecancellation)，增强后语音信噪比可其中，X(k)=[S(k)N(k)]。以有2dB一5dB的提高，算法的收敛速度受到滤波器参数的影响，该算法对VAD(voiceadetection)估计结果依赖性较强。在恶劣的噪声环境下，噪声抑制效果不佳。基于传

8、统的ANC算法，出现了一些改进算法，例如：D．R．Campbell和P．W．Shields提出的sub-ba