譜減法降噪技術研究譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第1頁!基本概念分析實驗引言部分論文摘要MATLAB三種噪聲譜減法譜減法概述譜減法思想譜減法優(yōu)缺點語音和噪聲語音特點噪聲特點人耳感知實際案例分析結論譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第2頁!基本概念論文摘要

語音在傳輸過程中不可避免地要受到來自周圍環(huán)境和傳輸媒介引入的噪聲、通訊設備內部噪聲、乃至其它講話者語音的干擾。使用未經處理的語音對具有個體特征的語音數據進行分析時會產生干擾和困難，這就要求我們有更高的科學技術和方法，本文使用matlab程序對語音中含有不同類型噪聲的語音數據段進行分析，然后通過譜減法對其進行語音降噪，便能到更清晰的語音，提高語音的可懂度。通過這種語音的處理方法，達到提高語音鑒定精度的目的。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第3頁!引言部分我國自1982年10月1日起試行的《中華人民共和國民事訴訟法(試行)》第五十五條規(guī)定：“證據有下列幾種：(一)書證;(二)物證;(三)視聽資料;(四)證人證言;(五)當事人的陳述;(六)鑒定結論;(七)勘驗筆錄。以上證據必須經過查證屬實，才能作為認定事實的根據。次將視聽資料作為獨立的訴訟證據予以規(guī)定。

我國在1996年3月17日在修改刑事訴訟法時增加了視聽資料這一證據種類，從而視聽資料在我國三大訴訟證據體系中的地位得到全面確立，都把視聽資料規(guī)定為獨立證據，進而完善了我國證據制度。基本概念譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第4頁!基本概念

語音增強是解決噪聲污染的一種有效方法，它的一個主要目標是從帶噪語音信號中提取盡可能純凈的原始語音。

語音增強的目的主要有兩個：一是改進語音質量，消除背景噪聲，使聽者樂于接受，不感覺疲勞，這是一種主觀度量；二是提高語音可懂度，這是一種客觀度量。

噪聲來源眾多，隨應用場合而異，它們的特性也各不相同，因此針對不同的噪聲，我們將采取不同的語音增強對策。語音增強中的譜減法是處理寬帶噪聲的最通用技術，即從帶噪語音估值中減去噪聲頻譜估值，而得到純凈語音的頻譜。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第5頁!基本概念MATLAB目前已經成為國際上最流行的科學與工程計算軟件工具，現在的MATLAB已經不僅僅是一個“矩陣實驗室”了，它已經成為一種具有廣泛應用前景的全新的計算機高級編程語言，有人稱它為“第四代”計算機語言，它在國內外高校和研究部門中正扮演著重要的角色。MATLAB語言的功能也越來越強大，不斷適應新的要求提出新的解決方法。可以預見，在科學計算、自動控制與科學繪圖領域，MATLAB語言將長期保持其獨一無二的地位。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第6頁!語音和噪聲語音特點

語音信號是一種非平穩(wěn)的隨機信號，但在短時內可看作

平穩(wěn)隨機信號。這是因為人類發(fā)聲過程的變化速度有一定的限度，一般在較短的時間內(10～30ms)人的聲帶與聲道的形狀有相對的穩(wěn)定性，可認為語音是物理特性與頻譜特性近似不變的。語音的短時特性是語音信號分析和處理的基礎，利用這一特性就可以應用平穩(wěn)隨機過程來分析和處理語音信號。

語音信號的最重要的特征表現在它的“短時頻譜”(簡稱為“短時譜”)上。如果從語音流中使用加窗的方法取出其中的一個短段，再對其進行傅立葉變換，就可以得到該段語音的短時譜。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第7頁!語音和噪聲(2)沖激噪聲

沖激噪聲表現為時域波形中突然出現的窄脈沖，它通常是放電的結果。消除這種噪聲可根據帶噪語音信號幅度的平均值確定閾值，當信號幅度超過這一閾值時判為沖激噪聲，然后進行消除。(3)寬帶噪聲

寬帶噪聲的來源很多，如熱噪聲、氣流(如風、呼吸)噪聲及各種隨機噪聲源等，量化噪聲也可視為寬帶噪聲。由于寬帶噪聲與語音信號在時域和頻域上完全重疊，因而消除它最為困難，這種噪聲只有在語音間歇期才單獨存在。對于平穩(wěn)的寬帶噪聲，通常認為是白色高斯噪聲；不具有白色頻譜的噪聲，可以先進行白化處理。對于非平穩(wěn)的寬帶噪聲，情況就更為復雜一些。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第8頁!譜減法譜減法的概述

譜相減方法是基于人的感覺特性，即語音信號的短時幅度比短時相位更容易對人的聽覺系統(tǒng)產生影響，從而對語音短時幅度譜進行估計，適用于受加性噪聲污染的語音。

七十年代后半期提出了不少語音增強的處理算法，其中譜減法(SpectralSubtraction)因為其簡單和有效而倍受關注，當時的實驗比較證明它是那時諸多方法中最有效的語音增強算法。

譜減法由美國Utah大學的StevenF.Boll提出。Boll的研究起源是為了改進噪聲中的線性預測(LP-LinearPrediction)分析，隨后發(fā)展成估計噪聲頻譜并進行扣除的經典頻譜減法。其它研究人員提出了譜減方法的一些變形方式，最重要的改進是由Berouti等人提出的。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第9頁!譜減法譜減法的基本思想譜相減法的原理框圖所示:

譜相減法的原理框圖由于人耳對語音頻譜分量的相位不敏感，因而這種方法主要針對短時幅度譜。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第10頁!譜減法

增強后的語音中含有明顯的“音樂噪聲”，這是由頻譜相減而產生的一種殘留噪聲，具有一定的節(jié)奏起伏感，故而得名“音樂噪聲”。“音樂噪聲”產生的原因是因為在譜相減法過程中，是以無聲期間統(tǒng)計平均的噪聲方差代替當前分析幀的噪聲頻譜分量。而噪聲頻譜具有高斯分布，即其幅度隨變化范圍很寬，因此相減時，若該幀某頻率點噪聲分量較大，就會有很大一部分保留，在頻譜上呈現隨機出現的尖峰，在聽覺上形成有節(jié)奏性起伏的類似音樂的殘留噪聲。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第11頁!分析實驗機器噪聲

三星I9300手機在較強的機械噪聲中的含噪錄音信號的波音圖，從此波形圖可以看出噪聲非常嘈雜，語音信號完全淹沒在噪聲信號中，語音的可懂度受到限制。

三星I9300含噪錄音信號1譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第12頁!分析實驗

三星I9300手機在較強的機械噪聲中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的波形對比圖，其中藍色部分為含噪信號綠色部分為去噪后的信號。

譜減法降噪后的三星I9300含噪錄音信號1譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第13頁!分析實驗

三星I9300手機在較強的機械噪聲中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的寬帶語圖，對比兩個圖也可以看出，譜減法去噪后，語音的聲紋清晰度得到提高。

含噪信號1窄帶語圖

信號1去噪后窄帶語圖譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第14頁!分析實驗iphone4s手機在雨天中的含噪錄音信號經過MATLAB的譜減法程序降噪后的語音波形圖，從此波形圖可以看出錄音中的噪聲大部分被去除，語音信號的清晰度及可懂度都得到很大的提高。

譜減法降噪后的iphone4s含噪錄音信號2譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第15頁!分析實驗iphone4s手機在雨天中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的窄帶語圖，對比兩個圖可以看出，譜減法去噪后，語音的聲紋清晰度得到提高。

含噪信號2窄帶語圖

信號2去噪后窄帶語圖譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第16頁!分析實驗發(fā)動機噪聲

黑莓手機在發(fā)動機旁的含噪錄音信號的波音圖，從此波形圖可以看出噪聲比較嘈雜，語音信號細節(jié)丟失，語音的清晰度及可懂度受到限制

黑莓含噪錄音信號3譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第17頁!分析實驗

黑莓手機在發(fā)動機旁中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的波形對比圖，其中藍色部分為含噪信號綠色部分為去噪后的信號。

譜減法降噪后的三星I9300含噪錄音信號1譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第18頁!分析實驗

黑莓手機在發(fā)動機旁的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的寬帶語圖，對比兩個圖也可以看出，譜減法去噪后，語音的聲紋清晰度得到提高。

含噪信號3寬帶語圖

信號3去噪后寬帶語圖譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第19頁!結論

本文運用科學計算軟件MATLAB進行編程，根據語音譜減法降噪的方法，設計出可以進行自動譜減法降噪的程序，然后對不同噪聲的語音信號進行降噪，提高語音資料的清晰度及可懂度。譜減法有效地降低了背景噪聲，提高了信噪比，但是還存在如何更好地改善降噪量與語音可懂度之間的矛盾。該方法操作方便，成本較低，能夠為警方快速偵查破案提供幫助，也為語音鑒定類案件數據的可再現性和消除人為主觀的影響打下了研究基礎。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第20頁!基本概念

語音在傳輸過程中不可避免地要受到來自周圍環(huán)境和傳輸媒介引入的噪聲、通訊設備內部噪聲、乃至其它講話者語音的干擾。例如：車站、商場、娛樂場所的公用電話、車載電話、機載電話等都要受到強噪聲的干擾。在遠距離通訊中傳送的語音信號要受到信道噪聲和通訊設備自身噪聲的干擾。在這些情況下則需要對帶噪語音進行語音增強處理，以消除背景噪聲，提高語音質量。另外在語音識別系統(tǒng)、語音編碼系統(tǒng)中，由于這些系統(tǒng)在設計時一般針對的是純凈語音，當這些系統(tǒng)對帶噪進行處理的時候將導致系統(tǒng)性能的急劇惡化，甚至不能正常工作，這時也需要對帶噪語音進行語音增強處理。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第21頁!基本概念MATLABMATLAB是美國MathWorks公司出品的商業(yè)數學軟件，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括MATLAB和Simulink兩大部分。MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）的簡稱，和Mathematica、Maple并稱為三大數學軟件。它在數學類科技應用軟件中在數值計算方面首屈一指。MATLAB可以進行矩陣運算、繪制函數和數據、實現算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第22頁!基本概念

MATLAB的應用范圍非常廣，包括信號和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設計、測試和測量、財務建模和分析以及計算生物學等眾多應用領域。附加的工具箱（單獨提供的專用MATLAB函數集）擴展了MATLAB環(huán)境，以解決這些應用領域內特定類型的問題。

譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第23頁!語音和噪聲噪聲特點

噪聲來源于實際的應用環(huán)境，因而其特性變化無窮，噪聲可以是加性的，也可以是非加性的?？紤]到加性噪聲更普遍且易于分析問題，并且對于部分非加性噪聲，如乘積性噪聲或卷積性噪聲，可以通過同態(tài)變換而成為加性噪聲，這里我們僅討論加性噪聲。

加性噪聲大致可分為周期性噪聲、沖激噪聲和寬帶噪聲：(1)周期性噪聲周期性噪聲的特點是有許多離散的窄譜峰，它往往來源于發(fā)動機等周期運轉的機械，如50或60Hz交流聲會引起周期性噪聲。周期性噪聲引起的問題可以通過功率譜發(fā)現，并通過濾波或變換技術將其去掉。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第24頁!語音和噪聲人耳的感知特性

因為語音增強效果的最終度量是人的主觀感受，所以語音增強過程除了考慮到信號客觀質量的改善之外還要考慮到人的主觀感受。語音感知問題涉及到生理學、心理學、聲學和語音學等諸多領域，目前已有一些有影響的結論可以應用在語音增強中。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第25頁!譜減法譜減法的基本思想

對帶噪語音運用譜減法的就是從輸入信號的幅度譜中減去估計得來的噪聲平均幅度譜。其效果相當于在變換域對帶噪信號進行了某種均衡化處理。相對于其它方法，譜相減法引入的約束條件最少，物理意義最直接，運算量小，而且經過改進后效果也較好。

處理寬帶噪聲的最常用的技術是譜相減法，即從帶噪語音估值中減去噪聲頻譜估值，而得到純凈語音的頻譜。譜相減法是一種經典的噪聲控制方法，它主要應用于從語音信號中消除譜特性變化緩慢的加性噪聲。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第26頁!譜減法譜減法的優(yōu)缺點

譜相減法的優(yōu)點是：總體上運算量較小，容易實時實現，增強效果也較好，是目前最常用的一種方法。

它的缺點是:譜相減法利用在無聲期間統(tǒng)計得到的噪聲方差來代替當前幀的噪聲頻譜時，若該幀某頻點上的噪聲分量較大，則相減后會有較大的噪聲殘留，頻譜上有相應的隨機尖峰出現。增強后的語音會夾雜著有節(jié)奏的音樂殘留噪聲。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第27頁!分析實驗實驗材料的選取實驗分別采用以下手機作為實驗的錄音工具：

三星I9300iphone4s

黑莓比對實驗分析方法和步驟

實驗用三星I9300、iphone4s、黑莓3種手機在3種不同的噪聲環(huán)境下錄制含噪語音信號，然后通過MATLAB分別對這3種含噪語音進行譜減法降噪，繪制出去噪前后含噪語音信號的波形圖及語圖,并對這些波形圖和語圖進行對比。譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第28頁!分析實驗

三星I9300手機在較強的機械噪聲中的含噪錄音信號經過MATLAB的譜減法程序降噪后的語音波形圖，從此波形圖可以看出錄音中的噪聲大部分被去除，語音信號的清晰度及可懂度都得到很大的提高。

譜減法降噪后的三星I9300含噪錄音信號1譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第29頁!分析實驗

三星I9300手機在較強的機械噪聲中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的窄帶語圖，對比兩個圖可以看出，譜減法去噪后，語音的聲紋清晰度得到提高。

含噪信號1窄帶語圖

信號1去噪后窄帶語圖譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第30頁!分析實驗雨聲噪聲iphone4s手機在雨天中的含噪錄音信號的波音圖，從此波形圖可以看出噪聲比較嘈雜，語音信號細節(jié)丟失，語音的清晰度及可懂度受到限制。iphone4s含噪錄音信號2譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第31頁!分析實驗iphone4s手機在雨天中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的波形對比圖，其中藍色部分為含噪信號綠色部分為去噪后的信號。

iphone4s含噪錄音信號2和濾波后語音對比圖譜減法降噪技術研究共37頁，您現在瀏覽的是第32頁!分析實驗iphone4s手機在雨天中的含噪錄音信號與譜減法降噪后的語音信號的寬帶語圖，對比兩個圖也可以看出，譜減法去噪后，語音