基于小波變換的語(yǔ)音信號(hào)降噪研究.pdf

1、本課題是研究基于小波的語(yǔ)音信號(hào)降噪算法。小波變換作為能隨頻率的變化自動(dòng)調(diào)整分析窗大小的分析工具，自上世紀(jì)八十年代中期以來(lái)得到了迅猛的發(fā)展，并在信號(hào)處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、圖像處理、語(yǔ)音降噪與壓縮等眾多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 小波變換其實(shí)就是一組濾波器組，一個(gè)低通濾波器和一系列帶通濾波器(高通濾波器)。通過(guò)這組濾波器，小波變換對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分頻，將信號(hào)分解成高頻的細(xì)節(jié)部分和低頻的概貌部分，但是輸入信號(hào)在時(shí)域內(nèi)的主要特性沒(méi)有改變。 經(jīng)過(guò)

2、小波變換后，語(yǔ)音信號(hào)的信息主要集中在低頻部分，且小波系數(shù)幅值大，白噪音主要集中在高頻部分，小波系數(shù)幅值小。由此，可以對(duì)通過(guò)小波變換后得到的各個(gè)子波作適當(dāng)?shù)拈撝堤幚恚瑢⑿∮陂撝档男〔ㄏ禂?shù)(由噪聲產(chǎn)生)置零，而保留大于閾值的小波系數(shù)(由信號(hào)產(chǎn)生)，從而使含噪信號(hào)中的噪聲得到有效的抑制，最后進(jìn)行小波逆變換，得到濾波后的重構(gòu)信號(hào)。這就是小波濾波的基本思想。 小波降噪主要包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)： 1.原始信號(hào)的小波變換，主要涉及小波基選

3、取問(wèn)題。本文比較了幾種小波基的不同特點(diǎn)：Haar小波只有一階消失矩，但它具有最短的支撐，并且是正交和(反)對(duì)稱的；DB小波具有高階消失矩，是正交的，但它沒(méi)有(反)對(duì)稱性；雙正交小波雖不具有正交性，但是對(duì)稱的，而且分析小波與綜合小波均有高階消失矩。在確定消失矩參數(shù)情況下，正交小波系列中，DB小波具有最短的支撐，在這一意義上它是最優(yōu)小波。并且DB小波能很好表征信號(hào)的突變和細(xì)節(jié)特征，所以應(yīng)用最為廣泛。 2.閾值估計(jì)。本文比較了幾種常用

4、的閾值估計(jì)算法：通用閾值法，包括Donoho提出的f=σ平方根2lnN通用閾值，基于正態(tài)分布“3σ準(zhǔn)則”的t=Cσ，c∈[3.0,4.0]閾值；幾種無(wú)偏風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)閾值；GCV(廣義交叉驗(yàn)證)閾值；最終得出通用閾值效果最好的結(jié)論，并以“3σ準(zhǔn)則”最為簡(jiǎn)單、靈活，效果也很好。 3.閾值函數(shù)。比較了三種閾值函數(shù)：硬閾值函數(shù)，算法簡(jiǎn)單，但容易損失弱細(xì)節(jié)信號(hào)；軟閾值函數(shù)，處理后的信號(hào)有較好的連續(xù)性，但大量系數(shù)的收縮容易造成偏差；半軟閾值函數(shù)

5、，結(jié)合了上兩種算法的優(yōu)點(diǎn)，但需確定兩個(gè)閾值，增加了算法復(fù)雜度；最終確定了用改進(jìn)的半軟閾值函數(shù)作為本文降噪閾值函數(shù)，其只需確定一個(gè)閾值，但與上述的幾種閾值函數(shù)方法得到的濾波結(jié)果是漸進(jìn)相等的。 4.閾值選取策略分為統(tǒng)一閾值法和獨(dú)立閾值法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明獨(dú)立閾值法失真較大，全局統(tǒng)一閡值法效果較好。 5.評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)除了注重客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，更提出了注重主觀評(píng)價(jià)滿意度思想，注重語(yǔ)音高頻細(xì)節(jié)信號(hào)的保留。 本文通過(guò)對(duì)小波降噪算法的深入