加權噪聲

定義

在通信技術中，除了傳輸的有用信號外，其他一切無用信號通稱為噪聲。

噪聲是一種客觀存在的現象。在多路電話信號和電視信號的傳輸中，不可避免地要產生並傳輸噪聲，而且各種噪聲最終都要落入每個話路或電視信號中。在一般情況下，這些噪聲的頻譜基本上是均勻連續分布的，如右圖中平坦細直線所示。

但是，人耳的聽覺具有一定的頻率特性，如右圖中的粗曲線所示。人耳的這種頻率特性，表現為對音頻範圍內的不同頻率具有不同的聽覺靈敏度：對800～1000Hz的頻率感覺最靈敏，對其他頻率的感覺稍遲鈍。

這樣，話路中客觀上均勻連續分布的噪聲電壓，與人耳主觀聽到的不均勻連續噪聲之間產生了矛盾。為了反映入耳實際感受到的噪聲大小，應當在測量噪聲時，人為地計入人耳的特性，採用一種摸擬人耳頻率特性的特殊的噪聲計進行測量，這種人為的測量措施稱為對話路的噪聲加權。

這種特殊噪聲計的特點是在普通噪聲計前面，設定一個摸擬人耳頻率特性的網路——加權網路。它實際上是一隻濾波器，其頻率特性就是右圖中的曲線。這種加權特性是國際電報電話諮詢委員會(CCITT)以噪聲對人耳干擾效果為基礎，經過大量測試研究後建議使用的。

加權噪聲就是功率譜經過特定的選頻網路予以修改的電磁噪聲。

加權噪聲功率譜估計算法( 簡稱 WN 算法) 能快速跟蹤噪聲變化，採用該算法使增強後的語音具有較高的語音質量。

(1)信噪比( 簡稱 SNR) 估計;

(2)通過估計出的信噪比結合加權因子函式從而得到加權因子;

(3)將帶噪語音信號與加權因子相乘得到加權值並求平均得到估計出的噪聲功率譜。

用 x(t) 和 d(t) 分別表示純淨語音和不相關的加性噪聲，觀測到的帶噪語音信號為 y(t) 為，進行短時離散傅利葉變換後得到:Y(n，k) = X(n，k) + D(n，k)。

其中 n 和 k 分別表示時間幀序號和頻率點序號。

WN 噪聲功率譜估計算法首先從信噪比( 簡稱 SNR) 估計開始，通過估計出的信噪比結合加權因子函式從而得到加權因子，將帶噪語音信號與加權因子相乘得到加權值並求平均得到估計出的噪聲功率譜。

信噪比

( n， k) 的估計是由第 n 幀帶噪語音的功率譜

和前一幀估計得到的噪聲功率

計算得到:

計算加權因子的非線性函式

式中，

、

和

是函式參數。將帶噪語音信號乘以加權因子得到加權帶噪語音:

對計算得到的在視窗長度為

內的加權帶噪語音求平均，進而得到估計的噪聲功率譜:

式中 Ψ(Z(n，k) ) 表示 Z(n，k) 中非零元素的個數trace{· } 是對數組中對角元素求和的操作。

由於 Z(n，k) 是一個行向量，所以trace{ Z(n，k) } 就是對簡單的對該向量中的非零元素求和。