基于小波對傳統(tǒng)語音抗噪的提升方法

楊荔琴

摘 要：處理語音信號得到所需的音頻參數(shù)就能高速地傳遞、儲存語音信號，或者運算后實現(xiàn)某種用途的目的，而該過程基礎(chǔ)是參數(shù)提取，利用小波提升的方法可提取語音信號的一些參數(shù)，并對語音信號進行處理。利用小波提升變換對語音數(shù)據(jù)進行壓縮編碼，這種方法不僅可以達到較高的壓縮比，而且重建后的語音失真很小。

關(guān)鍵詞：語音信號；小波提升；語音去噪

1 前言

在數(shù)學(xué)領(lǐng)域中小波分析作為一顆新星在當(dāng)今高速發(fā)展，不僅具有成熟的理論而且被應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。在時域就可進行小波的提升變換，不必要變換到頻域，而且基本常見的小波均可以通過這種方法構(gòu)造出來。信號的小波變換相當(dāng)于其通過一組濾波器。經(jīng)過小波變換后，信號的能量會被匯集在個別系數(shù)上，所以系數(shù)的取值肯定比其能量分布在大多數(shù)小波系數(shù)值大。

2 離散序列小波變換（DTWT）

首先對帶有噪聲的聲頻信號做離散序列小波變換（DTWT），獲得具有噪聲的小波系數(shù)；其次取合適的門限值，利用明顯大于閾值的小波系數(shù)經(jīng)過變換恢復(fù)語音信號，用軟限幅函數(shù)對門限值做適當(dāng)變換，軟限幅函數(shù)為

式中表示被門限處理后的小波系數(shù)，t表示軟限幅函數(shù)的門限值，門限值t的取值對去噪的結(jié)果影響較大。抬高門限值t能夠降低重構(gòu)信號中的噪聲，但會使重構(gòu)信號有一定的失真；減小閾值，也會減小重構(gòu)信號畸變，但會使增強重構(gòu)信號中的噪聲。閾值t的確定一般采取文獻講解的決策門限進行估計。即

其中σ是噪聲的方差，σ用median（abs（cd1））/0.6745，cd1 為小波分解的第一層高頻系數(shù)；N 是帶有噪聲的語音序列的長度.此處的判決門限t是不變的，顯然不能用t對不同尺度的信號做抑制噪聲小波系數(shù)。為此，需要采用隨尺度變化的判決門限，此處規(guī)定新的閾值為，若尺度j增長，門限值會隨之降低，和噪聲的小波變換的特性相同。

3 用一維小波變換對降低語音信號噪聲的MATLAB仿真

去除噪聲提升小波變換分為如下三步：第一，對信號做提升小波變換，每變換一次將信號解析為新的近似尺度系數(shù)c（n）和小波系數(shù)d（n）；第二，對小波變換后的系數(shù)做門限值緊縮處理；第三，合成緊縮處理后的小波系數(shù)和尺度系數(shù)，產(chǎn)生去噪后的信號。

在MATLAB中利用一維小波分析來降低信號噪聲，常使用函數(shù)wden和wdencmp實現(xiàn)。用wden函數(shù)時，得到的是對原信號降噪后的信號。wdencmp 函數(shù)能夠?qū)σ痪S或二維信號直接做降噪或壓縮處理，方式與上述類似。

4 相同門限值下小波函數(shù)及其對應(yīng)的提升函數(shù)的降躁處理效果

下面在同一閾值（0.0546，由ddencmp 函數(shù)自動獲得）下，分別用sym6、haar、db4小波及其對應(yīng)的提升小波進行降噪處理，使用sym6小波的MATLAB程序和其小波提升程序，試驗時加入噪聲，在同一信噪比下進行實驗。這里的噪聲是由randn 函數(shù)產(chǎn)生的高斯白噪聲，其幅度設(shè)定為0.01。

仿真圖形：

由圖1可得，降噪后去掉了所摻雜的噪聲，保存了原信號中的聚變部分，和原信號十分相似，其中使用sym6小波的信號與原信號更為相似，小波去噪的效果十分明顯.從表1中得到sym6小波最大差絕對值max（abs（））最小，原信號與重構(gòu)信號矩陣差范數(shù)norm也最小，即與原來的圖像最為靠近。

三種小波降噪處理時相應(yīng)的最大差絕對值和矩陣差范數(shù)

表2結(jié)果表現(xiàn)出對語音用不同的小波進行處理時，分別采用標(biāo)準(zhǔn)變換和提升方法實現(xiàn)語音處理所需的時間比較，使用提升方法的速度更快。

由于用sym6 小波處理的信號與原始信號更為接近，去噪的效果最好，所以選用sym6小波進行提升處理，在同一信噪比和閾值（thr=0.0546）下比較兩者的去噪效果。見效果圖和表3

原始語音信號‘01.wav

通過表3可以看到，用sym6小波和其提升小波進行去噪時，當(dāng)用相同的信噪比和近似均方差時，提升小波去噪在時間上也遠小于傳統(tǒng)方式。

經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)采用提升方式實現(xiàn)的語音消噪相對采用傳統(tǒng)方式實現(xiàn)的語音消噪，量上沒有任何影響，但是實現(xiàn)速度明顯加快，計算及編程也較為快捷容易。是以，用小波提升去噪方式具有較好的實用性。

參考文獻

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