摘要：谱减法作为一种很有效的语音信号处理手段，广泛应用于现代语音增强系统中。针对低功耗设计的要求，本系统采用功耗低且功能强大的ARM芯片，用C语言编程将算法成功移植到ARM系统中，该系统功耗低，并有效地减小了嗓声，改善了语音通信质量，有较好的实用性。
关键词：谱减法；语音增强；ARM处理器；低功耗

    近年来，电子技术的发展促进了多媒体设备的繁荣，同时随着人们对便携式设备和可移动终端的广泛需求，使得低功耗成为了这类电子设备最大的技术难题之一。低功耗意味着在同一时间段内在相同条件下移动终端消耗的能量更少，使得此类设备有更长的续航工作时间。低功耗设计降低了系统功耗，提高了能量利用率。
    ARM微处理器因其高性能和低功耗的特性，特别适合于便携式设备的开发与应用。本文设计了一种基于ARM的低功耗语音去噪系统，为应用于便携式移动的语音去噪设备提供了一种很好的设计思路和方法。

1 算法设计
    谱减法的原理就是在频域将噪声的频谱分量从带噪语音信号的频谱中减去。其设计思想是在假设加性噪声与短时平稳的语音信号相互独立的条件下，从带噪语音信号的功率谱中减去噪声的功率谱，进而得到去噪后较纯净的语音频谱。
    如果带噪语音信号为
    y(i)=s(i)+n(i)        (1)
    上式中，y(i)为带噪语音，s(i)为纯净语音，n(i)为噪声信号。经过FFT变换，频域表达式为：
    Y(k)=S(k)+N(k)        (2)
    由式(2)可得：
   
    因为谱减法的前提是语音信号与噪声信号是不相关的，且S(k})、N(k)服从高斯分布，均值为零，于是对式(3)求期望可得：
   
    由此可得原始语音的估计值。针对人耳对相位的不敏感这一特点，可以用原始带噪语音的相位谱代替去噪后语音信号的相位谱。
    整个算法的流程如图1所示。

2 硬件设计

  语音信号频率范围为300～3400Hz，根据奈奎斯特采样定理，采样率至少为信号频率的两倍时，信号才能被不失真采集。在本系统中，采样率是通过LPC1756内部的32位高精度定时器模块来控制，每间隔125μs对A／D转换结果进行一次读数，即采样率设定为8 000 Hz，读取的数据通过DMA模块传输至预处理地址中，这样提高了CPU的处理效率。同理，为了保证输入输出的同步性，在定时器中断函数里，每采集一个信号点，就必须输出一个信号点。为了提高CPU利用率，去噪后的语音信号也是通过DMA通道传输。在信号的采集与输出端，均通过放大滤波电路，都是为了提高语音信号的信噪比。在滤波电路中，截止频率设定为4 000 Hz。其实物的PCB布线如图3所示。