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谱减法的语音信号增强--第1页
4语音信号增强
一、实验目的
1、了解语音信号噪声抑制的仿真方法及原理；
2、利用谱想减法抑制语音中的噪声；
二、实验要求
1、仿真合成一段带噪语音；
2、使用谱相减法对带噪语音进行增强；
三、实验原理
1、语音信号特点：
语音信号是一种时变的非平稳的随机信号，但是人类的发声系统的生理结构
的变化速度是有一定限度的，在一段时间内(10~30ms)人的声带和声道形状具有相
对稳定性，可以认为其特性是不变的，因而语音的短时谱分析也有相对稳定性，在
语音增强中可以利用短时谱的这种稳定性。
2、语音信号的处理方法
根据语音信号的特点，可以将平稳过程中的处理方法和理论引入到语音信号
的短时处理当中，将语音信号划分为很多短时的语音段，每个短时的语音段称为一
个分析帧。这样，对每一帧语音信号处理就相当于对特征固定的持续信号进行处
理。帧既可以是连续的，也可以采用交叠分帧，一般帧长取10~30ms。取数据时，
前一帧和后一帧的交迭部分称为帧移，帧移与帧长之比一般取为0~1/2。
对取出的语音帧要经过加窗处理，即用一定的窗函数
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谱减法的语音信号增强--第2页
与信号相乘，从而形成加窗语音。加窗的主要作用在于减少由分帧处理带来的频谱
泄露，这是因为，分帧是对语音信号的突然截断，相当于语音信号的频谱与矩形窗
函数频谱的周期卷积。由于矩形窗频谱的旁瓣较高，信号的频谱会产生“拖尾”，
即频谱泄露。为此，可采用汉明窗，因为汉明窗旁瓣最低，可以有效地克服泄露现
象，具有更平滑的低通特性，得到的频谱比较平滑。
汉明(Hamming)窗定义：
3、谱减法简介
谱相减方法是基于人的感觉特性，即语音信号的短时幅度比短时相位更容易
对人的听觉系统产生影响，从而对语音短时幅度谱进行估计，适用于受加性噪声污
染的语音。
谱减法的基本原理：
图1谱相减法原理图
图中
为加窗后的带噪信号，
为的噪声信号功率谱，
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为增强后的语音信号。
由于人耳对语音相位不敏感，所以用原始含噪语音的相位代替估计语音的相
位。谱减法实现的几条公式如下：
(1)
(2)
(3)
由式(1)得到增强后的语音信号的功率谱；然后利用原始含噪语音的相位
代替增强后语音的相位，恢复出增强后的语音信号
。
由公式（1）可看出，估计值
不能保证是非负的，这是因为在估计噪声时存在误差，当估计噪声平均功率大于某
帧带噪语音功率时，该帧得出的估计值
就会出现为负的情况，这些负值我们直接给它们置零。
4、“音乐噪声”的产生
由于在谱减法处理过程中，是以无声期间统计平均的噪声方差代替当前分析
帧各频率点的噪声频率分量，而噪声频谱具有高斯分布，即其幅度随机变化范围很
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讲，由谱相减所产生的噪声称为残余噪声，与语音信号不相关，是由具有随机频率
和幅度的窄带信号所组成。在频谱上呈现随机出现的尖峰，便产生了间歇短暂的突
发声调，在听觉上形成有节奏性起伏的类似音乐噪声的残留噪声。
5、语音端点检测技术
在谱减法中噪声功率谱的估
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