论语音增强技术的研究背景与意义

王顺利　夏长春　付嘉铭

摘 要 语音增强是语音处理的一个重要技术，许多研究人员正通过不懈努力来寻求多种优秀的语音增强算法，其目的是为了提高语音的清晰度和理解度。然而这两个目标是不相关的，有时甚至是相互矛盾的，因此语音增强系统是根据不同的应用场合来选择的。

关键词 语音增强 语音信号 噪音污染 抑制干扰

中图分类号：TN912 文献标识码：A

1语音增强技术的研究意义

1.1语音增强技术简介

语音信号处理是一种在信息高速公路中的应用的关键技术，新兴的多媒体技术，办公自动化，现代通信和智能系统技术，它主要包括语音通信，语音合成，识别和语音增强。然而，在接收到语音信号的同时，语音的干扰将不可避免地受到噪声的影响。一些传输媒体，如通讯设备，电子音响和其他扬声器就会出现这种情况。这些语音干扰不仅会造成噪音污染，还会导致许多语音处理系统性能的急剧恶化。

语音增强作为一种预处理方案是抑制干扰的一种有效途径，是语音信号的其他应用基础。通过对语音增强技术的深入研究，人们越来越意识到由于噪声通常是随机的，从带有噪声的语音信号中提取完全纯化的原始语音信号几乎是不可能的。

语音增强是一个非常复杂的技术，不仅是数字信号处理的问题，还涉及到听觉感知特性和人类的语音特征。同时，多样性的噪声，即噪声来源众多，具有不同的应用和不同的特点，增加了语音增强的困难。因此，一劳永逸的设计一种算法是不可能的，噪音是唯一的，处理不同的噪声就要使用不同的语音增强算法。如图1所示，是噪声对消法的原理框图。

1.2语音增强技术的研究目的

由于受到环境噪声的影响，语音通信过程中的干扰是不可避免的，从周围的环境引发的噪声严重影响了电子通信设备的语音信号采集。这些干扰将最终接收到的声音是不纯净的原始语音信号，而是受噪声污染的语音信号。例如，安装在汽车，飞机，船只，机场内的公共电话，干扰往往是由強背景噪声引起的，严重影响通信的质量。

实际语音常常带有各种噪声信号，为了从噪声信号中获得纯净的语音信号，减少噪音的干扰，就需要使用语音增强技术。因为一般的干扰信号是随机信号，想完全消除噪声是不现实的，因此研究语音增强技术的目的主要是为了减少人们的疲劳，提高语音质量，提高语音处理系统的识别能力，提升语音的清晰度，提高手机的识别率和抗干扰能力。

人耳对背景噪声的抑制作用显著，理解其机制有助于语音增强技术的发展。人类的听觉系统可以从非平稳噪声中提取有用的信息，但有的语音增强采取了语音听觉系统模拟技术，这是人类未来科技的发展方向。许多环境噪声是非平稳的，所以很难找到一个共同的语音增强算法适用于各种噪声环境。因此，非平稳语音的随机噪声增强技术的研究具有十分重要的意义，这项工作将会在近几年进一步扩展。

随着语音激励特点的深入分析研究，非线性语音信号的非平稳性越来越受到人们的重视。传统的线性分析技术也日益暴露出其对非线性信号处理的局限性，很难在理论和技术上有所突破，不同的研究方向开始进展缓慢或停滞。因此，人们开始寻求新的数学方法分析语音信号的处理，各种非线性方法的研究是语音分析领域的一个热门话题，如模糊理论，混沌分析和数学形态学。

2语音增强技术的研究背景

2.1语音增强技术的一般研究方法

语音增强技术成为语音数字信号处理的重要组成部分。语音增强是对带噪语音进行处理，以改善语音质量，提高语音清晰度，可懂度和舒适度，使人们易于接受或提高语音处理系统的性能。环境噪声污染使许多语音处理系统的性能急剧恶化。语音识别技术已经取得了重大的进展，进入了实用阶段。但目前的识别系统只能在安静的环境中正常工作，在噪声环境下，特别是在强噪声环境下，语音识别率会受到影响。

由于语音生成模型的编码参数比特率非常低，当混合背景噪声干扰严重时提取语音信号，重建语音的质量会急剧恶化，甚至完全无法理解。在这种情况下，语音增强作为一种预处理方法，是一种有效的方法，解决了噪声污染。

2.2语音增强技术的应用背景

语音增强作为预处理，或抑制背景噪声，提高语音质量，是一种用来解决噪声污染有效的方法。因此，语音增强应用技术的研究具有重要的实践价值。目前，语音增强系统在语音通信，多媒体技术，数字家电等领域已被广泛应用。

语音增强的主要目的是从带噪语音信号中提取尽可能多的纯净原始语音。然而，由于干扰通常是随机的，从嘈杂的语音中完全提取纯净的原始语音几乎是不可能的。在这种情况下，语音增强的目的主要有两个：一是语音质量的改善，消除背景噪声，使人们愿意接受，消除人们的听觉疲劳，这是主观测量，另外一个就是提高语音的可懂性，这是一个客观的测量。但这两个目标不可兼得，因此在实际应用中往往是根据具体情况来确定的。

参考文献

[1] 黄苏雨，梁声灼，黄苏园.语音增强方法综述[J]. 计算机与现代化，2007（03）.

[2] 孙晋松.语音增强算法的研究及改进[D]. 山东大学，2009.