基于数据驱动字典和稀疏表示的语音增强

本文提出了一种基于数据驱动字典和过完备稀疏表示的自适应语音增强方法。首先在训练阶段采用干净语音基于K奇异值分解(K singular value decomposition, K SVD)算法训练过完备字典,然后在测试阶段根据含噪语音的噪声方差自适应选择最优的阈值,采用正交匹配追踪算法对含噪语音信号在过完备字典上进行稀疏分解,最后利用系数稀疏表示重构语音信号,从而达到语音增强的目。该方法不像传统语音增强方法那样减少或消去噪声,而是从字典中选取适当的原子表示纯净信号,从而把纯净信号从含噪信号中分离出来。对白噪声和有色噪声环境下重构语音进行了主客观评价。仿真结果显示:该方法能有效去除加性噪声,并且改善了语音质量。      

基于子空间域的自适应小字典的语音增强

针对传统小字典的语音增强算法在消除噪声时导致语音失真的问题,提出一种子空间域的自适应小字典的语音增强算法。首先,在子空间域中利用带噪语音信号的特征值构造过完备的小字典,使得该字典对信号失真和残留噪声具有很好的调控机制,即在消除噪声的同时为保证信号失真尽可能的小提供了可能;其次,通过过完备的小字典对带噪语音的特征值用K奇异值分解(K-SVD)算法不断进行稀疏表示和字典更新,其中在正交匹配追踪(OMP)算法中设置相关性阈值与能量阈值来自适应控制重构阶段及迭代次数,减少重构时间。在不同的噪声背景下的实验结果表明,与文献算法相比,新算法的增强语音的SNR和PESQ较高,减少了语音失真,提高了语音质量。     

基于自适应稀疏表示的电子商务语音识别增强方法研究

传统语音增强算法在去除噪声的同时也导致语音受损，为了减小这种负面影响，结合了语音信号的稀疏表示算法与语音增强算法和自适应的获得训练字典，提出了一种基于自适应稀疏表示的语音增强算法。仿真实验结果表明该方法即使在低信噪比的条件下也能有效去噪，且去噪后能很好的分辨出原始语音信号。     

基于稀疏约束的PLCA和谱掩蔽的语音增强算法

针对传统语音增强方法在非平稳噪声环境下增强效果不理想的问题,提出了一种基于稀疏约束的概率潜分量分析(PLCA)和谱掩蔽的语音增强算法。该算法分为训练和增强两个阶段。训练阶段用稀疏约束的PLCA(SPLCA)和无约束的PLCA分别对语音谱和噪声谱建模成意义清晰的边缘分布,并用期望最大(EM)算法求其最优边缘分布,得到语音字典和噪声字典。增强阶段固定训练的字典,利用SPLCA推导出对应的语音编码矩阵和噪声编码矩阵,初步重构出语音和噪声,最后利用谱掩蔽得到增强语音。实验结果表明,该算法在抑制噪声、提高信噪比和减少语音失真方面要优于传统方法。     

基于双层字典学习的单通道语音增强方法

为了提升复杂噪声环境下语音增强效果,该文提出了一种基于双层字典学习的单通道语音增强方法。在训练阶段首先采用干净语音和噪声训练初始化特征子字典,然后基于区分性约束和抗混淆约束的优化函数训练双层联合字典,第一层字典表达语音信号和噪声的可区分分量,而第二层字典表达语音信号和噪声的易混淆成分。在测试阶段含噪语音在双层联合字典上投影得到稀疏系数矩阵,然后重构得到增强后的语音。该方法利用目标优化函数的约束性减少“交叉投影”现象的发生,降低了信号在联合字典的混淆,从而进一步提升了语音增强的效果。实验结果表明,从全局信噪比（SNR）、主观语音质量评估（PESQ）和对数频谱距离（LSD）三个方面评价,相比于基于稀疏约束非负矩阵分解和改进的维纳滤波的语音增强方法,该方法具有更好的性能,能够更有效地去除噪声。      

基于自适应冗余字典的语音信号稀疏表示算法

基于冗余字典的信号稀疏表示是一种新的信号表示理论,当前的理论研究主要集中在字典构造算法和稀疏分解算法两方面。该文提出一种新的基于自适应冗余字典的语音信号稀疏表示算法,该算法针对自相关函数为指数衰减的平稳信号,从K-L展开出发,建立了匹配信号结构的冗余字典,进而提出一种高效的基于非线性逼近的信号稀疏表示算法。实验结果表明冗余字典中原子的自适应性和代数结构使短时平稳语音信号稀疏表示具有较高的稀疏度和较好的重构精度,并使稀疏表示算法较好地应用于语音压缩感知理论。     

基于字典尺度自适应学习的欠定盲语音重构算法

针对欠定盲语音分离传统字典学习算法不能优化字典尺寸的问题,提出了一种尺度自适应同步码字优化(Scale Adaptive Simultaneous Codeword Optimization, SASimCO)算法。设计了一种迭代调整字典尺寸的自适应字典学习策略,将训练的字典用于语音盲分离中,以提高语音源信号的恢复性能。所提算法依据设计的候选矩阵,计算候选矩阵中的原子重要性,按照原子重要性准则对字典进行添加与删除原子操作,最后迭代训练得到一个稀疏表示误差最优的字典,用于语音源信号的恢复。使用SiSEC(Signal Separation Evaluation Campaign)数据集对所提算法进行的仿真实验表明,相较于传统字典学习算法,所提算法提高了1～3 dB语音源分离性能,证明了该算法的优势。     

基于主分量分析的语音信号压缩感知

压缩感知理论是近年来兴起的一个新的研究热点。寻求适合于语音信号的稀疏基是压缩感知理论应用到语音信号处理领域的前提。本文基于主分量分析理论和大量的块数据,提取语音信号的特征信息,并根据压缩感知理论、字典构造的方法以及语音信号的特点,构造出一种新的适合于语音信号稀疏表示的冗余字典。该冗余字典是由多个正交基级联而成。为了更为客观的说明这种稀疏表示的优势,采用两种稀疏度的衡量标准来分别比较语音信号在DCT基、GABOR基和该冗余字典下的稀疏性,并且分别对男女声语音信号和清浊音进行了分析。实验表明,无论是男声信号还是女声信号,清音还是浊音,在该冗余字典下的稀疏性均优于DCT基,略差于GABOR基,但是由于其原子数远少于GABOR基,其计算的复杂度和存储量均低于GABOR基,因而比GABOR基更具可用性。      

一种三阶多项式相位信号去噪的字典学习算法

在加性高斯白噪声的影响下,对于三阶多项式相位信号(CPS),经典的字典学习算法,如K-means Singular Value Decomposition(K-SVD), 递归最小二乘字典学习算法(RLS-DLA)和K-means Singular Value Decomposition Denoising (K-SVDD)得到的学习字典,通过稀疏分解,不能有效去除信号的噪声。为此,该文提出了针对CPS去噪的字典学习算法。该算法首先利用RLS-DLA对的字典进行学习;其次采用非线性最小二乘(NLLS)法修改了该算法对字典更新的部分;最后对训练后的字典通过对信号的稀疏表示得到重构信号。对比其它的字典学习算法,该算法的信噪比(SNR)值明显高于其它算法,而均方误差(MSE)显著低于其它算法,具有明显的降噪效果。实验结果表明,采用该算法得到的字典通过稀疏分解,信号的平均信噪比比K-SVD, RLS-DLS和K-SVDD高出9.55 dB, 13.94 dB和9.76 dB。     

压缩感知的冗余字典及其迭代软阈值实现算法

冗余字典的信号稀疏分解是一种新的信号表示理论,采用超完备的冗余函数系统代替传统的正交基函数,为信号自适应地稀疏扩展提供了极大的灵活性。本文研究了压缩感知理论下的冗余字典、测量矩阵及其限制等容特性(RIP,Restricted Isometry Property),并给出了RIP、字典大小、稀疏度和测量次数的关系,提出了一种新的迭代软阈值(IST)算法,与正交匹配追踪(OMP)算法和迭代硬阈值(IHT)算法相比较,实验结果表明了IST算法具有更高的信号恢复率。