[发明专利]一种小体积封闭空间中畸变语音的矫正方法

说明书

技术领域

本发明属于语音矫正技术领域，具体涉及一种小体积封闭空间中畸变语音的校正方法。

背景技术

一切声音都是由物体的振动发出的，物体振动，振荡它周围的空气，形成音波，音波扩散，刺激到人的听觉神经，人就听到了声音。语音作为声音的一种，其基本发音原理同一般声音一样。肺是发音的原动力，声带是发音体，两片声带之间的通路叫做“声门”，口腔、鼻腔和咽腔组成声道，肺部呼出的气流冲击声带，使声带发生振动，声门也可以随之打开或关闭，形成声门激励，声道对声门激励进行调制，最后由嘴（或鼻，或嘴和鼻）辐射出声波，形成语音。

目前，在某些特殊场合（如高空、水下环境、有毒环境等），受人类生理条件的限制，为了确保工作人员的安全，必需戴有面罩或者头盔。面罩、头盔等这一类的小体积封闭空间对说话人的语音造成一定畸变，这是因为当语音信源置于小体积封闭空间时，会引起小体积封闭空间的振动传播，在声波传播过程中，声音会受到小体积密闭腔体的吸收消波、反射和共振，从频谱和能量谱上看，语音的低频部分能量有所增加，高频部分能量被削弱，即小体积封闭空间使得语音的频谱能量进行了有规律的重新分配。这种小体积封闭空间的畸变语音与直接从说话人嘴唇端辐射出的正常语音相比，其清晰度和可懂度大大降低。在语音信号处理系统（如语音识别、语音编码、语音合成等）中，畸变后的语音会导致系统的综合性能下降。因此，当采集语音信源的麦克置于小体积封闭空间时，应首先对采集到的畸变语音进行矫正和恢复，这是一个能提高畸变语音信源清晰度和可懂度的有效技术。

中国专利号01275986.4中设计了一个在防毒面具中用的电声通话器，这种防毒面具是采用丁基橡胶通话膜传输声音的，为了解决面具语音失真的问题，该专利设计了便携式电扩声装置，通过语音频率谐调和补偿的方式，对原通话器语音损失严重频段或者语音清晰度敏感频段进行增加或衰减，以此来提高语音清晰度和可懂度。这个方法是将语音转换为电信号，设计电路装置，对语音频段进行矫正处理，但是这种方法存在几个缺陷：一、该专利只设计了针对一种型号的防毒面具畸变语音矫正装置，适用范围不广；二、仅仅通过对语音信号频率谐调和补偿来提高畸变语音清晰度和可懂度的效果有限，未从根本上解决畸变语音的失真问题；三、电路装置成本高，可移植性不强。由此可见，这个将语音转化为电信号，然后从硬件角度设计的解决语音失真问题的电声通话器，无法完整有效的矫正各种小体积封闭空间畸变语音，因此，需要一种鲁棒性更好的小体积封闭空间畸变语音矫正方法。

发明内容

为了克服现有畸变语音校正技术的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种小体积封闭空间中畸变语音的校正方法。

本发明中，小体积封闭空间指的是大小形状固定、对语音声源的发声激励和发声声道无影响的装置，包括头盔式、全面罩式、口鼻面罩式装置等，通过确定只与小体积封闭空间有关、与语音声源无关的系统传递函数，对小体积封闭空间畸变语音进行逆运算，从而实现对小体积封闭空间畸变语音进行矫正。

本发明提出的小体积封闭空间中畸变语音的校正方法，具体步骤如下：

(1) 分别在正常条件下和小体积封闭空间下，录入多段语音，录制时内容、语速、语调和声强保持一致，得到正常语音和畸变语音；

(2) 分别对畸变语音和正常语音进行采样、端点检测和建立1~n个分帧；

(3) 取第一组正常语音帧和畸变语音帧，采用P(P>0)阶正常语音帧和Q(Q>0)阶畸变语音帧的线性组合建立预测畸变语音帧，将预测畸变语音帧与畸变语音产生的真实畸变语音帧之间进行比对，得到预测误差，建立最小均方误差准则，得到导致该语音帧畸变的小体积封闭空间的系统传递函数和发声声道传递函数；

(4) 依次取第2组至第n组正常语音帧和畸变语音帧，重复步骤(3)，得到n组小体积密闭空间系统传递函数；

(5) 通过所确定的n组小体积封闭空间的系统传递函数，拟合出准确小体积封闭空间系统函数，根据拟合出的准确小体积封闭空间系统函数，对该密闭小体积空间的畸变语音进行逆运算处理，得到矫正后语音信号。

本发明中，所述小体积封闭空间为封闭头盔式、半封闭头盔式、封闭全面罩式、半封闭全面罩式、封闭口鼻面罩式或半封闭口鼻面罩式中任一种，其材质不限；大小形状固定；对语音声源的发声激励和发声声道无影响。