一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)字信號處理領(lǐng)域的語音信號干擾處理技術(shù)，特別涉及語音信號窄帶干擾的識別方法。本發(fā)明首先對接收語音信號進(jìn)行分塊處理，然后對塊內(nèi)信號做FFT變換，利用語音信號與干擾信號頻域響應(yīng)幅度和寬度上的差異性對語音載頻、干擾頻率和干擾個數(shù)進(jìn)行預(yù)識別，然后再利用前面的塊記錄中干擾源和干擾頻點出現(xiàn)次數(shù)最多的組合來對窄帶干擾進(jìn)行最終識別，塊間記錄的統(tǒng)計信息能進(jìn)一步的提高正確識別結(jié)果。本發(fā)明尤其適用于窄帶干擾的識別。
【專利說明】一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理領(lǐng)域的語音信號干擾處理技術(shù)，特別涉及語音信號窄帶 干擾的識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無論是軍用還是民用，人們都希望利用高科技手段改善語音通信的質(zhì)量，提高其 清晰度和可懂度。在很多理論和應(yīng)用中，所用的語音數(shù)據(jù)大部分都是在近似理想的條件下 采集的。大多數(shù)語音識別和語音編碼在開始研究時都要在高保真設(shè)備上錄制語音，尤其要 在無噪環(huán)境下錄音。然而，當(dāng)在實際應(yīng)用時，由于噪聲的存在會產(chǎn)生很多問題。比如，環(huán)境 噪聲的污染使得許多語音處理系統(tǒng)的性能急劇惡化。語音識別正在步入實用階段，但識別 系統(tǒng)大都是在安靜環(huán)境中工作的，在噪聲環(huán)境中尤其是強噪聲環(huán)境，語音識別系統(tǒng)的識別 率將受到嚴(yán)重影響。而窄帶干擾（NBI)普遍存在于各種語音通信系統(tǒng)中，特別是在軍事應(yīng) 用中，許多場合噪聲干擾還相當(dāng)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響語音通信的質(zhì)量。
[0003] 干擾抑制，就是盡可能消除干擾的能量；語音增強，就是從帶噪語音中提取盡可 能純凈的語音。語音通信系統(tǒng)中的干擾抑制屬于語音增強的范疇。語音增強目前已發(fā)展成 為語音信號處理的一個重要分支。語音增強技術(shù)在國外發(fā)展較早，近年來國內(nèi)也做了大量 的工作。在近20年，語音增強算法的發(fā)展可以概括為以下幾個方面：（1)頻域研究以譜相 減為代表的幅度譜估計算法，圍繞減小音樂噪聲和殘留噪聲，減小失真等性能，發(fā)展和產(chǎn) 生了許多改進(jìn)的譜相減算法；（2)時域研究圍繞濾波器設(shè)計，研究諸如自適應(yīng)陷波、最小均 方誤差（LMS)等自適應(yīng)濾波算法；(3)其他變換域或處理空間的算法，例如小波變換和奇 異矩陣分解等。
[0004] 上述語音增強技術(shù)的實現(xiàn)是基于干擾信號的識別技術(shù)，首先通過干擾信號識別技 術(shù)將語音信號與干擾信號區(qū)分，然后采用頻域譜相減方法、時域濾波方法或其他變換域如 小波變換等方法去除干擾信號，提取盡可能純凈的語音信號。現(xiàn)有的干擾信號的識別技術(shù) 都是假設(shè)已知語音信號的接收頻率，通過信號與干擾不同的頻點來區(qū)分信號與干擾。而在 很多軍用或民用場合，特別是如汽車、火車和飛機等高速移動的語音信號接收平臺上，多普 勒頻移嚴(yán)重，語音信號的接收頻率相對于發(fā)射頻率有了較大的頻率偏移。由于無法準(zhǔn)確預(yù) 估多普勒頻移，因此不能通過語音信號的發(fā)射頻率來推斷語音信號的接收頻點，也就無法 通過信號與干擾的頻率差異性來區(qū)分信號與干擾。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的，就是針對現(xiàn)有語音通信中干擾信號的識別技術(shù)需要預(yù)知語音信號 的接收頻率，無法適應(yīng)高速移動的語音信號接收平臺的缺陷，提出一種干擾信號與語音調(diào) 制信號混疊的窄帶干擾識別方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案：一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法，其 特征在于，包括以下步驟：
[0007] a.信號分塊：對接收的信號進(jìn)行采樣，然后將采樣的信號進(jìn)行分塊；
[0008] b.窄帶干擾預(yù)識別，具體包括以下步驟：
[0009] bl.將步驟a中分塊后所得的塊數(shù)據(jù)內(nèi)時域信號進(jìn)行傅里葉頻域變換（FFT)變換 后得到接收信號的頻域響應(yīng)，然后與預(yù)設(shè)的接收信號頻域響應(yīng)幅度值門限進(jìn)行比較，得出 大于門限值的頻點；這些頻點即為載頻和干擾信號所在頻點，低于門限值的頻點為噪聲和 語音信號的低頻部分；頻域響應(yīng)幅度值門限的設(shè)定依賴于接收語音信號頻域幅度值的統(tǒng)計 特征，首先統(tǒng)計塊內(nèi)信號頻域幅度值的標(biāo)準(zhǔn)差，然后將頻域響應(yīng)幅度值門限設(shè)定為該標(biāo)準(zhǔn) 差的s倍，其中s的設(shè)置和信號與干擾特性有關(guān)。語音信號成分的頻率幅度值往往小于載頻 和窄帶干擾的頻率幅度值，通過該門限值即可將載頻和干擾頻點從語音信號中區(qū)分出來。 語音信號中的窄帶干擾一般為單頻干擾，其頻譜寬度很窄。雖然載頻信號一般也是單頻信 號，但是經(jīng)過語音信號調(diào)制過的載頻信號，其頻譜寬度得到擴展。因此可比較門限值以上的 頻譜寬度，最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率即為載頻信號的頻率，其余頻譜對應(yīng)的頻率為干擾 信號頻率。在某些情況下，由于FFT的柵欄效應(yīng)，可能出現(xiàn)存在兩個以上相同寬度的最大頻 譜，此時通過頻譜寬度的判別方法已無法判別，將在后續(xù)的窄帶干擾最終識別階段進(jìn)行判 別。
[0010] b2.將大于門限值的頻點進(jìn)行分組，其中每一組的頻點同屬于一個干擾源或載頻； 計算屬于同一個干擾源或者載頻的頻點個數(shù)即可得到該干擾源或者載頻的頻譜寬度；根據(jù) 所得的頻譜寬度，判斷是否存在多個相同寬度的最大頻譜，若是，則進(jìn)入步驟c，若否，則將 所得的最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率識別為載頻信號的頻率，其余頻譜對應(yīng)的頻率為干擾信 號頻率，大于門限值的頻點分組的個數(shù)減去載頻個數(shù)即為干擾源個數(shù)；
[0011] c.窄帶干擾識別：重復(fù)步驟b，依次對步驟a中信號分塊所得的每一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù) 識別，每次完成步驟b后記錄該次預(yù)識別的塊數(shù)據(jù)的載頻頻率、干擾頻率和干擾源個數(shù)；為 根據(jù)搜索已經(jīng)記錄的所有塊數(shù)據(jù)的干擾源個數(shù)，將出現(xiàn)次數(shù)最多的干擾源個數(shù)作為本次干 擾源個數(shù)識別結(jié)果；干擾頻率為根據(jù)搜索已經(jīng)記錄的所有塊數(shù)據(jù)的干擾頻率，出現(xiàn)次數(shù)最 多的干擾頻率即為本次干擾信號的頻率。由于FFT的柵欄效應(yīng)，某些情況下在前面窄帶干 擾預(yù)識別階段利用頻譜寬度的識別方法可能無效或識別錯誤，此時需要利用前面的窄帶干 擾識別結(jié)果記錄來修正最終識別結(jié)果。窄帶干擾一般是由于接受設(shè)備造成的，在短時內(nèi)具 有平穩(wěn)性，即在幾秒時間內(nèi)，干擾源的個數(shù)和頻率是固定的，因此利用前面的塊記錄中干擾 源和干擾頻點出現(xiàn)頻率最高的組合來對窄帶干擾進(jìn)行最終識別是可行的
[0012] 具體的，步驟a中對接收的信號進(jìn)行采樣的采樣頻率至少為信號載頻的2倍，將采 樣的信號進(jìn)行分塊后的塊內(nèi)樣本數(shù)為2的指數(shù)倍。
[0013] 按照奈奎斯特采樣定理，采樣頻率需為信號載頻的2倍以上，為方便后續(xù)頻域變 換，塊內(nèi)樣本數(shù)需為2的指數(shù)倍，如128、256、512和1024等。塊內(nèi)樣本數(shù)的設(shè)置需要根據(jù) 時延和性能要求進(jìn)行，塊內(nèi)樣本數(shù)越大，識別效果越好，但其造成的語音時延也越大。如采 樣頻率為31. 75KHz，每塊樣本數(shù)為512,則語音時延為16ms。
[0014] 具體的，步驟a中對接收的信號進(jìn)行采樣的采樣頻率至少為信號載頻的3倍。
[0015] 然而高速移動的語音信號接收平臺存在多普勒頻移，本方案為了抑制多普勒頻移 對采樣的影響，采樣頻率需設(shè)定為信號載頻的3倍以上。
[0016] 本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明首先對接收語音信號進(jìn)行分塊處理，然后對塊內(nèi)信 號做FFT變換，利用語音信號與干擾信號頻域響應(yīng)幅度和寬度上的差異性對語音載頻、干 擾頻率和干擾個數(shù)進(jìn)行預(yù)識別，然后再利用前面的塊記錄中干擾源和干擾頻點出現(xiàn)次數(shù)最 多的組合來對窄帶干擾進(jìn)行最終識別，塊間記錄的統(tǒng)計信息能進(jìn)一步的提高正確識別結(jié) 果。由于本發(fā)明利用語音信號與干擾信號頻域響應(yīng)幅度和寬度上的差異性而不是頻率值的 差異性來區(qū)分語音信號與干擾，該方法無需獲知語音信號接收頻率和語音接收設(shè)備的背景 先驗信息，適應(yīng)于語音信號與窄帶干擾識別的所有場合（高速或低速接收平臺），計算方法 簡單，計算量小，易于實現(xiàn)，是一種低成本、高性能的盲語音通信窄帶干擾識別技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述
[0019] 如圖1所示，本發(fā)明的方法首先將接收信號進(jìn)行采樣，按照奈奎斯特采樣定理，采 樣頻率需為信號載頻的2倍以上，然后將采樣后的信號按時延和性能要求進(jìn)行分塊，為方 便后續(xù)頻域變換，塊內(nèi)樣本數(shù)需為2的指數(shù)倍，如128、256、512和1024等；對塊內(nèi)時域信號 進(jìn)行傅里葉頻域變換（FFT)得到接收信號的頻域響應(yīng)，根據(jù)設(shè)定的頻域響應(yīng)幅度值門限， 找到大于該門限值的頻點。這些頻點即為載頻和干擾信號所在頻點，低于門限值的頻點為 噪聲和語音信號的低頻部分。測量高于門限值頻點的寬度，最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率即 為載頻信號的頻率，其余頻譜對應(yīng)的頻率為干擾信號頻率。若存在兩個以上相同寬度的最 大頻譜，則不作處理；記錄上一步中估計的該塊數(shù)據(jù)的載頻頻率、干擾頻率、和干擾源個數(shù)， 搜索之前記錄，出現(xiàn)次數(shù)最多的干擾源個數(shù)η作為本次干擾源個數(shù)識別結(jié)果，再次搜索之 前記錄，出現(xiàn)次數(shù)最多的η個干擾頻率即為干擾信號的頻率，作為當(dāng)前塊數(shù)據(jù)干擾信號的 識別結(jié)果。
[0020] 本發(fā)明方法主要包括一下幾個步驟：
[0021] Α、信號分塊：首先將接收信號進(jìn)行采樣，然后將采樣后的信號進(jìn)行分塊。按照奈奎 斯特采樣定理，采樣頻率需為信號載頻的2倍以上，然而高速移動的語音信號接收平臺存 在多普勒頻移，為了抑制多普勒頻移對采樣的影響，采樣頻率需設(shè)定為信號載頻的3倍以 上。為方便后續(xù)頻域變換，塊內(nèi)樣本數(shù)需為2的指數(shù)倍，如128、256、512和1024等。塊內(nèi) 樣本數(shù)的設(shè)置需要根據(jù)時延和性能要求進(jìn)行，塊內(nèi)樣本數(shù)越大，識別效果越好，但其造成的 語音時延也越大。如采樣頻率為31. 75ΚΗζ，每塊樣本數(shù)為512,則語音時延為16ms。
[0022] B、窄帶干擾預(yù)識別：首先將塊內(nèi)時域信號進(jìn)行FFT變換得到接收信號的頻域響 應(yīng)，然后根據(jù)接收信號的設(shè)定的頻域響應(yīng)幅度值門限，找出大于該門限值的頻點。這些頻點 即為載頻和干擾信號所在頻點，低于門限值的頻點為噪聲和語音信號的低頻部分。測量高 于門限值頻點的寬度，最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率即為載頻信號的頻率，其余頻譜對應(yīng)的 頻率為干擾信號頻率。若存在兩個以上相同寬度的最大頻譜，則不作處理。頻域響應(yīng)幅度 值門限的設(shè)定依賴于接收語音信號頻域幅度值的統(tǒng)計特征，首先統(tǒng)計塊內(nèi)信號頻域幅度值 的標(biāo)準(zhǔn)差，然后將頻域響應(yīng)幅度值門限設(shè)定為該標(biāo)準(zhǔn)差的s倍，其中s的設(shè)置和信號與干擾 特性有關(guān)。語音信號成分的頻率幅度值往往小于載頻和窄帶干擾的頻率幅度值，通過該門 限值即可將載頻和干擾頻點從語音信號中區(qū)分出來。語音信號中的窄帶干擾一般為單頻干 擾，其頻譜寬度很窄。雖然載頻信號一般也是單頻信號，但是經(jīng)過語音信號調(diào)制過的載頻信 號，其頻譜寬度得到擴展。因此可比較門限值以上的頻譜寬度，最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率 即為載頻信號的頻率，其余頻譜對應(yīng)的頻率為干擾信號頻率。在某些情況下，由于FFT的柵 欄效應(yīng)，可能出現(xiàn)存在兩個以上相同寬度的最大頻譜，此時通過頻譜寬度的判別方法已無 法判別，將在后續(xù)的窄帶干擾最終識別階段進(jìn)行判別。
[0023] C、窄帶干擾最終識別：記錄上一步中估計的該塊數(shù)據(jù)的載頻頻率、干擾頻率、和干 擾源個數(shù)，搜索之前記錄，出現(xiàn)次數(shù)最多的干擾源個數(shù)η作為本次干擾源個數(shù)識別結(jié)果，再 次搜索之前記錄，出現(xiàn)次數(shù)最多的η個干擾頻率即為干擾信號的頻率，作為當(dāng)前塊數(shù)據(jù)干 擾信號的識別結(jié)果。由于FFT的柵欄效應(yīng)，某些情況下在前面窄帶干擾預(yù)識別階段利用頻 譜寬度的識別方法可能無效或識別錯誤，此時需要利用前面的窄帶干擾識別結(jié)果記錄來修 正最終識別結(jié)果。窄帶干擾一般是由于接受設(shè)備造成的，在短時內(nèi)具有平穩(wěn)性，即在幾秒時 間內(nèi)，干擾源的個數(shù)和頻率是固定的，因此利用前面的塊記錄中干擾源和干擾頻點出現(xiàn)頻 率最高的組合來對窄帶干擾進(jìn)行最終識別是可行的。
[0024] 本發(fā)明的具體的處理流程為：
[0025] 將接受的語音信號以fs的采樣頻率進(jìn)行采樣，將采樣后的時域語音信號分塊，塊 內(nèi)樣本數(shù)為N，第t個塊內(nèi)信號為 ：
[0026] yt = [y(t-1)N+1，…，ytN]T
[0027] 對塊內(nèi)時域信號進(jìn)行FFT，將信號從時域變換到頻域，頻域輸出為：
[0028] Yt = [Y1，…，YN] T
[0029] 統(tǒng)計塊內(nèi)信號頻域幅度值的標(biāo)準(zhǔn)差：

【權(quán)利要求】
1. 一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法，其特征在于，包括以下步 驟： a. 信號分塊：對接收的信號進(jìn)行采樣，然后將采樣的信號進(jìn)行分塊； b. 窄帶干擾預(yù)識別，具體包括以下步驟： bl.將步驟a中分塊后所得的塊數(shù)據(jù)內(nèi)時域信號進(jìn)行FFT變換，得到接收信號的頻域響 應(yīng)，然后與預(yù)設(shè)的接收信號頻域響應(yīng)幅度值門限進(jìn)行比較，得出大于門限值的頻點； b2.測量大于門限值頻點的寬度，判斷是否存在多個相同寬度的最大頻譜，若是，則進(jìn) 入步驟c，若否，則將所得的最大寬度的頻譜對應(yīng)的頻率識別為載頻信號的頻率，其余頻譜 對應(yīng)的頻率為干擾信號頻率； c. 窄帶干擾識別：重復(fù)步驟b依次對步驟a所得的每一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)識別，每次完成 步驟b后記錄該次預(yù)識別的塊數(shù)據(jù)的載頻頻率、干擾頻率和干擾源個數(shù)；其中，干擾源個數(shù) 為根據(jù)搜索已經(jīng)記錄的所有塊數(shù)據(jù)的干擾源個數(shù)，將出現(xiàn)次數(shù)最多的干擾源個數(shù)作為本次 干擾源個數(shù)識別結(jié)果；干擾頻率為根據(jù)搜索已經(jīng)記錄的所有塊數(shù)據(jù)的干擾頻率，出現(xiàn)次數(shù) 最多的干擾頻率即為本次干擾信號的頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法，其 特征在于，步驟a中對接收的信號進(jìn)行采樣的采樣頻率至少為信號載頻的2倍，將采樣的信 號進(jìn)行分塊后的塊內(nèi)樣本數(shù)為2的指數(shù)倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種干擾信號與語音調(diào)制信號混疊的窄帶干擾識別方法，其 特征在于，步驟a中對接收的信號進(jìn)行采樣的采樣頻率至少為信號載頻的3倍。
【文檔編號】G10L15/20GK104361892SQ201410477810
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】黃際彥, 徐保根, 陸川, 萬群, 饒中初, 王碧雯 申請人:電子科技大學(xué), 同方電子科技有限公司, 電子科技大學(xué)成都研究院