民航VHF抗干擾收發信機中的語音靜噪技術研究

【摘要】語音靜噪實現的方法很多，本文主要研究“載波+音頻靜噪法”法，該方法結合了抗干擾算法中基于Goertzel算法的載頻估計方法以及常規基帶話音靜噪的不同特點來實現話音靜噪。利用基于Goertzel算法的載頻估計靜噪方法實現有無信號或話音質量的好壞的識別和處理，而結合基帶話音靜噪可有效將有載波而無調制的信號識別出來，該方法不需對音頻信號作復雜的識別處理。通過話音靜噪處理，能夠實現解調輸出話音自動通斷，提高語音質量等級。

【關鍵詞】話音靜噪Goertzel算法話音質量等級

話音靜噪[1]是指在話音通信模式下當接收端解調出的話音信號SINAD（信號一噪聲及失真比）很差時音頻輸出端能自動關斷，以免噪音讓收聽者難以忍受，這項功能在民航VHF地空通信中非常重要。如果話音靜噪問題處理不好，就會出現話音時斷時續，或者在噪音很大、該關斷話音輸出的時候沒有關斷，或者在話音質量還較好的情況下話音輸出就被關斷，達不到通信靈敏度的要求，極大影響地面管制人員與飛行員之間正常的話音通信。

目前國外VHF收發信機均具備話音靜噪處理功能，但不具備抗干擾功能。國內天津市智能信號與圖像處理重點實驗室率先開展了抗干擾技術的研究，但還未結合抗干擾算法特點，提出有效話音靜噪處理算法，提高工程樣機的話音質量等級。本文結合國內外現有民航VHF抗干擾收發信機的特點，充分利用自適應抗干擾算法中的采用的Goertzel算法，提出基于Goertzel算法[2]的載波+基于短時平均幅度差算法[3]的話音靜噪[3]法，實現解調輸出話音的自動通斷。

1航空常規話音通信靜噪的處理方法

話音靜噪實現的方法很多，通常采用的方法有三種：

（1）音頻靜噪法

該方法是在解調輸出的基帶話音信號上統計噪聲特性來實現話音靜噪，其工作原理是：將解調出的話音信號進行時域或頻域能量統計，根據噪音和語音不同的統計能量大小判斷是否關斷話音輸出。通常情況下，有話音時其統計值總是遠遠大于無話音時的統計值。在有信號但噪音較大時，只靠話音能量統計值是難以準確判斷是否關斷話音，需借助語音識別算法，根據話音和噪音的不同特點來可靠準確判斷是否關斷音頻輸出。

（2）載波靜噪法

該方法是在中頻載波上統計載波特性來實現話音靜噪，在有信號時，利用載波鎖相環或其他估頻技術提取載波。該方法的優點在于實現不是很復雜，同時對有無信號或話音SIAND好壞很容易判別出來；其缺點在于對于有載波而無話音情況，該方法是不能識別出來的。

（3）音頻+載波靜噪法

該方法結合載波靜噪和基帶話音靜噪的不同特點來實現話音靜噪。其工作原理是：利用載波靜噪方法實現有無信號或話音質量的好壞識別和處理，而結合基帶話音靜噪可有效將有載波而無調制的信號識別出來。此方法的優點在于吸取了前兩種方法的優點，實現不是很復雜，判斷也較為可靠；缺點是靜噪統計時間相對較長，實時開斷話音信號能力偏差。

2載波+音頻靜噪法的實現原理

（1）基于Goertzel的載頻估計算法

基于單通道的恒模干擾抑制的民航VHF抗干擾收發信機[4]采用Goertzel算法進行載頻估計，為自適應濾波器提供頻率初始值，該初始值也可作為載波靜噪的Goertzel算法利用旋轉因子WkN的周期性，將離散傅立葉變換（DFT）轉換為抽取濾波運算，為了具有更好的遞推性，將其轉換為差分形式。

離散傅立葉變換公式：（10）

如上所述，當輸出信號為噪聲信號時Fn（k）將會很大；對于單頻信號或者是直流信號Fn（k）=0或趨于0；當輸出為語音信號時，由于語音信號的準周期性，而其短時平均幅度差函數的值介于噪聲信號和單頻信號短時平均幅度差函數值的中間。

（3）實現方案

考慮載頻估計值的波動性，設置一靜噪門限。當載頻估計值大于靜噪門限時，再判斷語音檢波輸出。語音

檢波輸出如超過某個門限則打開話音輸出開關，否則關斷話音輸出開關，這樣就可有效地將只有載波而無信號情況識別出來并將話音輸出關斷，避免干擾噪音輸出。當載頻估計值小于門限值時，直接關斷話音輸出。

載波+音頻靜噪法具體工作原理如圖2所示：

3載波+音頻靜噪法的仿真實現

設定設定閾值ΔfT=10，當頻率誤差Δf≤ΔfT，且次數大于連續20次，認為存在載波信號，靜噪開關電平置1，然后選擇含有語音數據的支路進入語音檢測單元，利用短時平均幅度差算法對輸入數據進行語音檢測，設置合理的靜噪門限，如圖3所示，其靜噪結果如圖4所示。

由圖4可知，本算法在存在語音信號時能夠打開語音輸出開關，當不存在語音信號時，可以有效地關斷語音輸出，達到靜噪的目的。

參考文獻

[1]李燕斌. AM調制度判別原理及其在話音靜噪處理中的應用.測控技術，vol.26.2007

[2]劉樹棠，黃建國譯.離散時間信號處理.西安：西安交通大學出版社，2001. 507-539

[3]李志軍，尹霞.基于ACF和AMDF的基音檢測改進算法.電聲技術，vol.36.2011

[4]吳仁彪，鐘倫瓏，胡鐵喬等.民航地空通信中單通道最優恒模干擾抑制方法及其系統.中國專利，200710059767.1，2011.5.12授權