CN101290769A - 噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法，属于语音识别技术领域，该方法包括：预设一目标噪声水平值；预设一个初始增益系数作为已知增益系数；采集语音信号，并区分出该周期的语音段和背景噪声段；对背景噪声段的信号大小进行评估，得到当前周期的噪声水平估计值；根据所述目标噪声水平值、当前噪声水平估计值和已知增益系数，计算得到放大电路新的增益系数；将得到的新的增益系数作为已知增益系数重复上述步骤，得到下一语音信号采集周期的放大电路的增益系数。本发明可以适应变化的车内噪声环境，在背景噪声增大，使用者提高嗓音以人为提高信噪比时，可以减小增益系数，以减小因削波造成的信号失真，从而提高语音识别的可用性。

Description

噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法

技术领域

本发明属于语音识别技术领域，特别涉及噪声环境下语音识别应用中语音信号拾取的方法。

背景技术

常用的静态语音采集方法是：用话筒拾取带噪语音，得到语音的模拟信号，再经过固定参数的放大电路后，转换为数字信号。

这种方法的缺点是：放大电路的增益系数是固定的，不能适应变化的车载噪声环境。背景噪声强度很小时，用户倾向于使用较轻的语音传达意图，过小的增益系数可能导致语音数字信号的强度不足以启动语音识别。背景噪声强度很大时，用户倾向于使用较大的语音传达意图，同时为了使语音信号具有较高的信噪比，也要求用户相应地提高音量。在这种情况下，如果放大电路增益系数较大，将出现削波现象，导致语音信号严重失真，信噪比显著下降。

中国专利“通过语音信号控制设备尤其是汽车中的设备的方法”(申请号01133137.2)中提出一种方法来解决这个问题，该方法用一个振动传感器来测量汽车的振动信号，一个额外的麦克风来测量车内噪声水平信号，然后利用这两个信号和两个自适应滤波器来降低语音拾取麦克风中的噪声水平。用以适应变化的车载噪声环境。但它的缺点是：增加了一个振动传感器和一个额外的麦克风，系统更复杂了。

发明内容

本发明的目的是为克服已有方法的不足之处，提出一种噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法，可以实现在语音识别过程中，自动识别背景噪声环境，并基于背景噪声大小自动调节语音识别过程中录音的放大电路的增益系数。这样在背景噪声增大，使用者提高嗓音以人为提高信噪比时，可以减小增益系数，以减小因削波造成的信号失真，从而提高语音识别的可用性。

本发明提出的噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预设一个60~70dB的中等强度的车载噪声水平作为目标噪声水平值；

2)预设一个与该目标噪声水平相应的放大电路的初始增益系数作为已知增益系数，使得该目标噪声水平值经过放大电路后的采样电压为满幅值的10％至20％左右；

3)在一个语音信号采集周期内采集语音信号，并区分出该周期的语音段和背景噪声段；

4)对所述背景噪声段的信号大小进行评估，得到当前周期的噪声水平估计值；

5)根据所述目标噪声水平值、当前噪声水平估计值和已知增益系数，计算得到放大电路新的增益系数；

6)将步骤5)得到的新的增益系数作为已知增益系数重复步骤3)～5)，得到下一语音信号采集周期的放大电路的增益系数，以实现对各周期的增益系数的调节。

本发明的特点及有益效果：

本发明可以适应变化的车内噪声环境，在背景噪声增大，使用者提高嗓音以人为提高信噪比时，可以减小增益系数，以减小因削波造成的信号失真，从而提高语音识别的可用性；而且不需要增加额外的硬件。

具体实施方式

本发明提出的噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法，通过实施例详细说明如下：

本发明的实施例方法，包括以下步骤：

1)预设一个66dB的车载噪声水平作为目标噪声水平值[P]；

2)为放大电路预设与该目标噪声水平相应的一个初始增益系数K₁作为已知增益系数值，使得目标噪声水平[P]经过放大电路后的采样电压约为满幅值的15％左右；

3)在一个语音信号采集周期内采集语音信号(该周期长短根据实际应用场合的要求确定，一般为5-30秒)，并以平均幅度和平均过零率为判据，区分有语音的语音段和无语音的背景噪声段；平均幅值低和过零率低的为背景噪声段；

4)以背景噪声段的平均幅值作为该周期背景噪声水平的评估值为P_i(i表示是第i个周期，i＝1，2，3，4，……)，若当前是第一个周期，其背景噪声水平的评估值为P₁)；

5)根据背景噪声的目标值[P]、背景噪声的评估值P_i以及当前周期已知增益系数K_i(i表示是第i个周期，i＝1，2，3，4，……)，若当前是第一个周期，其增益系数K₁)，计算第i+1周期的增益系数K_i+1

$K_{i+1}=\frac{K_i\left[P\right]}{P_i}---\left(2\right)$

6)将步骤5)得到的增益系数K_i+1作为已知增益系数重复步骤3)～5得到下一语音信号采集周期放大电路的增益系数K_i+2，以此类推，实现对各周期的增益系数的调节。

Claims (3)

1、一种噪声环境语音识别中的信号动态增益放大方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)预设一个60~70dB的中等强度的车载噪声水平作为目标噪声水平值；

2)预设一个与该目标噪声水平相应的放大电路的初始增益系数作为已知增益系数，使得该目标噪声水平值经过放大电路后的采样电压为满幅值的10％至20％左右；

3)在一个语音信号采集周期内采集语音信号，并区分出该周期的语音段和背景噪声段；

4)对所述背景噪声段的信号大小进行评估，得到当前周期的噪声水平估计值；

5)根据所述目标噪声水平值、当前噪声水平估计值和已知增益系数，计算得到放大电路新的增益系数；

6)将步骤5)得到的新的增益系数作为已知增益系数重复步骤3)～5)，得到下一语音信号采集周期的放大电路的增益系数，以实现对各周期的增益系数的调节。

2、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤3)区分出该周期的语音段和背景噪声段具体采用以平均幅度和平均过零率为判据，平均幅值低和过零率低的为背景噪声段。

3、如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4)中对所述背景噪声段的信号大小进行评估，得到当前周期的噪声水平估计值，具体采用以背景噪声段的平均幅值作为该周期背景噪声水平的评估值。