数字基带语音增强算法的研究及SDR实现

论文摘要

在无线通信系统中,由于传输过程中有噪声的存在,语音信号在到达接收端时质量都会有不同程度的下降,这种情况严重时甚至会使通信无法进行。为了提高语音质量,人们采用了多种方法,如语音增强算法就是其中行之有效的一种。噪声情况多种多样,到目前为止还没有一种算法可以同时适应所有情况。本课题基于的软件无线电平台是应用于串行无线通信系统中的,在该通信环境中,宽带噪声是最常见的一种噪声。因此,本文将主要针对这种噪声进行处理。本论文所做的工作主要可以分为两个部分：一、语音增强算法的理论研究工作和仿真分析；二、语音增强算法在软件无线电(SDR)硬件平台上的实时实现。具体内容如下：第一部分,首先介绍了一些基础性的理论知识,然后是本课题语音增强算法的整体设计工作：对R.Martin提出并在之后加以改进的一种基于最小值跟踪的噪声估计算法做了详细的阐述；给出了一种结合谱减法和听觉掩蔽效应的语音增强算法。最后对该增强算法进行了仿真和性能评价,结果表明,该算法性能良好。第二部分,主要分为以下几块内容：首先对本课题软件无线电平台的搭建情况做了相关介绍,然后就语音增强系统在软件无线电平台上实现的整体情况以及其中的关键要点做了说明,最后针对本系统做了简单的优化工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 语音增强概述
• 1.2 软件无线电概述
• 1.3 DSP概述
• 1.3.1 数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）
• 1.3.2 数字信号处理器（Digital Signal Processer,DSP）
• 1.4 论文结构安排
• 第二章 语音信号处理基础
• 2.1 语音和噪声特性
• 2.1.1 语音特性
• 2.1.2 噪声特性
• 2.2 常用语音信号处理方法
• 2.2.1 防混叠滤波处理
• 2.2.2 语音信号的采样处理
• 2.2.3 语音信号的重叠相加
• 2.2.4 语音信号的加窗处理
• 2.2.5 快速傅里叶变换
• 2.3 本章小结
• 第三章 语音增强系统总体设计
• 3.1 噪声估计模块
• 3.1.1 最优平滑处理
• 3.1.2 得出估计噪声
• 3.2 语音增强算法模块
• 3.2.1 基本谱减法
• 3.2.2 语音听觉掩蔽效应
• 3.2.3 本课题使用的两种改进型谱减法
• 3.3 语音增强系统总体性能分析
• 3.3.1 语音质量评价标准
• 3.3.2 本课题语音增强算法性能评价
• 3.4 本章小结
• 第四章 软件无线电平台硬件设计
• 4.1 SDR平台总体结构介绍
• 4.2 DSP芯片的选择
• 4.3 FPGA芯片的选择
• 4.4 直接存储器访问（Direct Memory Access,DMA）
• 4.5 多通道缓冲串口（Multi-channel Buffered Serial Port,McBSP）
• 4.6 DSP和FPGA串口通信系统设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于软件无线电平台的语音增强系统实现
• 5.1 DSP/BIOS实时操作系统
• 5.1.1 DSP/BIOS总体概述
• 5.1.2 DSP/BIOS的线程管理
• 5.1.3 DSP/BIOS程序开发过程
• 5.2 语音增强算法的软件无线电平台实现
• 5.3 算法实现的几个关键点
• 5.3.1 利用乒乓BUFFER提高数据操作效率
• 5.3.2 FFT模块的实现
• 5.3.3 重叠相加法的DSP实时实现
• 5.3.4 系统线程的实时调度
• 5.3.5 利用DSP/BIOS进行系统配置
• 5.3.6 算法的定点化
• 5.4 系统自举
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统优化
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录