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随着人们对听力损失等健康问题的重视,助听器得到了密切关注。目前数字助听器由于其功能强、体积小、耗电省等优点在助听器行业中独领风骚。
语音增强技术作为数字助听器中一种重要的设计内容,也成为了研究热点。对助听器而言,语音增强技术有着重要的意义,因为噪声严重影响到听觉的舒适程度和言语的理解度。除此之外,语音增强技术也用来提高语音处理系统前端预处理的抗噪声能力和输入信号的信噪比。如果信号不能较好的从噪声中提取出来,就会使系统其他后续算法的效果大打折扣,甚至无法进行。
针对于助听器的语音增强算法有许多算法,其中多通道方法由于存在结构复杂、功耗大且不易实时实现等原因而无法广泛使用。相比之下,单通道方法由于其结构简单,成本低,功耗小等优点而被选作助听器的最佳实现方式。
目前单通道的语音增强算法最常用的是谱减法或其改进形式。这种方法是从带噪语音信号的功率谱中直接减去噪声信号的功率谱而实现。其缺点是增强后的语音会残留下很强的“音乐噪声”,而且不能很好的解决噪声抑制和语音失真之间的矛盾。本文在这种背景下设计了一种基于掩蔽效应的改进型维纳滤波算法,这种算法通过滤波器法使残留的音乐噪声白化为宽带噪声,再利用人类听觉系统的掩蔽特性,通过掩蔽阈值对维纳滤波器权值系数的自适应修改,有选择性地进行维纳滤波,使其在不影响听觉效果的前提下尽量减小对语音信号的破坏。这样不但能有效增强语音,而且能在很大程度上减少音乐噪声的影响,也较好地兼顾了去噪和减少语音失真。
实现方法为,提高语音信号的高频分量成分,再对原始带噪信号进行Bark域的频带分割,根据频带再计算掩蔽阈值,通过掩蔽阈值调整维纳滤波器的权值系数,然后在各个频带内分别进行维纳滤波。在Matlab里对本算法进行了仿真实验,结果表明,算法相对于谱减法及其改进型语音增强效果显著,且失真小,几乎没有音乐噪声。同时,由于其计算量不大,也很适合在基于DSP的语音增强上实现。
文章也对DSP的硬件部分进行了设计,包括前端放大抗混叠滤波电路、Flash存储器扩展、电源、时钟电路以及JTAG仿真接口的设计等。最后在DSP系统上对改进型谱减法进行了硬件实验。实验结果表明,改进型谱减法能有效地去除噪声,不足之处是会留下部分不适的音乐噪声。