I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   4 A u g u s t   201 7 ,   p p .   1 9 4 1 ~ 1 9 5 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v7 i 4 . p p 1 9 4 1 - 1951          1941       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Sin g le Channel  S peech Enha nc e ment u sing   Wiener   Filt er  and  Co m pr ess iv e Sen sing       A m a rt   S ulo ng 1 T eddy   S ury a   G un a w a n 2 ,   O t h m a n O .   K h a lifa 3 M ira   K a rt i w i 4 H a s s a n Da o 5   1, 2, 3 De p a rtm e n t   o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   I n tern a ti o n a Isla m ic Un iv e rsit y   M a l a y sia ,   M a la y sia   4 De p a rtme n o f   In f o rm a ti o n   S y ste m s,  In tern a ti o n a Isla m ic Un iv e rs it y   M a la y sia ,   M a la y sia   5 In stit u te  o f   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   Un iv e rsit y   Ku a la L u m p u r,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   3 1 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J u n   1 4 ,   2 0 1 7       T h e   sp e e c h   e n h a n c e m e n a lg o rit h m a re   u ti li z e d   to   o v e rc o m e   m u lt ip le  li m it a ti o n   f a c to rs  in   re c e n a p p li c a ti o n su c h   a m o b il e   p h o n e   a n d   c o m m u n ica ti o n   c h a n n e l.   T h e   c h a ll e n g e f o c u o n   c o rru p ted   sp e e c h   so lu t io n   b e tw e e n   n o ise   re d u c ti o n   a n d   sig n a d isto r ti o n .   W e   u se d   a   m o d if i e d   W ien e r   f il ter  a n d   c o m p re ss iv e   se n sin g   (CS to   i n v e stig a te  a n d   e v a lu a te  th e   im p ro v e m e n o f   sp e e c h   q u a li ty .   T h is  n e w   m e th o d   a d a p ted   n o ise   e sti m a ti o n   a n d   W ien e f il ter  g a in   f u n c ti o n   in   w h ich   to   i n c re a se   we ig h a m p li tu d e   sp e c tru m   a n d   i m p ro v e   m it ig a ti o n   o f   in tere ste d   sig n a ls.   T h e   CS   is  th e n   a p p li e d   u si n g   th e   g ra d ien t   p r o jec ti o n   f o sp a rse   re c o n str u c ti o n   (G P S R)   tec h n iq u e   a a   stu d y   s y ste m   to   e m p iri c a ll y   in v e stig a te  th e   in tera c t iv e   e ff e c ts   o f   th e   c o rru p ted   n o ise   a n d   o b tai n   b e tt e p e rc e p tu a im p ro v e m e n a sp e c ts  to   li ste n e f a ti g u e   w it h   n o ise les re d u c ti o n   c o n d it io n s.  T h e   p ro p o se d   a lg o rit h m   sh o w a n   e n h a n c e m e n in   tes ti n g   p e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f   o b jec ti v e   a ss e ss m e n tes ts  o u tp e rf o rm   c o m p a re d   to   o th e c o n v e n ti o n a a lg o rit h m a t   v a rio u n o ise   ty p e   c o n d it i o n o f   0 ,   5 ,   1 0 ,   1 5   d S NRs .   T h e re f o re ,   th e   p ro p o se d   a lg o rit h m   sig n if ic a n tl y   a c h iev e d   th e   sp e e c h   q u a li ty   i m p ro v e m e n t   a n d   e f f icie n tl y   o b tain e d   h ig h e p e rf o rm a n c e   re su lt in g   i n   b e tt e n o ise   re d u c ti o n   c o m p a re   to   o th e c o n v e n ti o n a a lg o rit h m s.      K ey w o r d :   C o m p r ess iv s e n s in g   P E SQ    P E SQ i m p r o v e m e n t       SNR   Sp ee ch   en h an ce m e n t   W ien er   f ilter   Co p y rig h ©   2 0 1 7   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   T ed d y   S u r y G u n a w an ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   I n ter n atio n al  I s la m ic  U n iv er s it y   Ma la y s ia,   J alan   Go m b ak ,   5 3 1 0 0   Ku ala  L u m p u r ,   Ma la y s ia.   E m ail: t s g u n a w an @ i iu m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   th m o d er n   er a,   th ad v a n c e m en in   tec h n o lo g y   h as  b r o u g h ab o u g r ea b en e f its   to   h u m an   b ei n g s   an d   th eir   d ail y   li v e s .   T o d ay   i n n o v atio n   tec h n o lo g ies,  s ig n a p r o ce s s in g   i s   o n o f   t h m o s p o w er f u s o u r ce s   f o r   m o d er n   d esig n ed   en g in ee r in g   t h at  ca p ab le  o f   r ea lizin g   v ar io u s   ap p licatio n s   i n   th eir   r ea i m p le m e n tat io n s   f r o m   t h eo r etica a s p ec p o in o f   v ie w   to   co u n ter p ar i n   d if f er en ap p licatio n   ar ea s .   T h er ar al w a y s   tr ad e - o f f   b et w ee n   n o i s r ed u ctio n   a n d   s ig n al  d is to r tio n .   Mo s o f   r esear ch   f o u n d   t h at  m o r n o is e   r ed u ctio n   is   al w a y s   ac co m p a n ied   b y   m o r s i g n al   d is to r tio n   [ 1 ] [ 2 ] .   T h m ai n   c h alle n g e   o f   th e   s p ee ch   en h a n c e m en p r o ce s s   i s   to   d esig n   ef f ec ti v al g o r ith m s   to   s u p p r ess   t h n o i s w it h o u i n tr o d u cin g   a n y   p o s s ib ilit y   o f   p er ce p tu al  d is to r tio n   in to   t h s p ee ch   s i g n a [ 1 ] [ 3 ] .   R esear ch   an d   i n v esti g atio n s   o n   s p ee ch   e n h an ce m e n p r o b lem   h a v b ee n   g r o w i n g   at   r ap id   r at t h at   c o v er   b r o ad   s p ec tr u m   o f   co n s tr ain s ,   ap p licatio n ,   a n d   i s s u e s .   T h ch al len g i n g   w o r k   f o r   en h a n ci n g   n o is y   s p ee ch   is   o n   s i n g le  m icr o p h o n a n d   th s p ee ch   p r o b le m   th at  was  d eg r ad ed   b y   th e   n o is an d   r e m ain s   w id el y   o p en   f o r   in v e s ti g atio n   [ 3 ] [ 4 ] .   Su c h   p r o b lem   i s   w ell  k n o w n   as  s in g le - c h an n el   s p ee ch   en h an ce m e n an d   co n s id er ed   as  th m o s d if f ic u lt  ta s k   [ 1 ] [ 5 ] .   T h is   is   b ec au s o f   f ac th at  th n o is e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2017     1 9 4 1     1 9 5 1   1942   an d   s p ee ch   ar p er ce iv ed   as  w it h i n   t h s a m ch a n n el  b y   a s s u m in g   n o   ac ce s s   to   r ef er en ce   n o is w h er t h e   i m p r o v e m en t o f   th s p ee ch   s i g n al - to - n o is r atio   ( SNR )   i s   tar g et  o f   m o s t te c h n iq u es.   Mo s o f   t h s p ee ch   e n h an ce m en tech n iq u es  h av co n ce n tr ated   p r in cip all y   o n   s tatis ticall y   u n co r r elate d   an d   i n d ep en d en t   ad d itiv n o is [ 3 ] [ 5 ] .   Ho w ev er ,   th d esi g n   o f   e f f ec tiv al g o r ith m s   th at  ca n   co m b at  ad d itiv n o is w h ile  p r o d u cin g   h ig h   q u ali t y   a n d   i m p r o v ed   s p ee ch   s ig n al  is   li m ite d .   T h u s ,   th s tu d ie s   o f   ad d itiv n o is i n   v ar io u s   t y p es  o f   ap p licatio n s   an d   th eir   r elate d   b eh av io r   ar cr u cial  en d ea v o r s .   Mo s o f   th e   liter atu r es  f o cu s   o n   t h d if f er en ce   o f   t h n o i s s o u r ce s   in   t er m s   o f   te m p o r al  an d   s p ec tr al   ch ar ac ter is tic s ,   an d   th r a n g o f   t h n o is lev el s   th at  m a y   b e n co u n ter ed   in   r ea lif e   [ 1 ] .   Ma n y   ex is ti n g   r e s ea r ch es   o n   s p ee ch   en h a n ce m en h av b ased   r elati v el y   o n   s a m p les  o f   s p ee c h   q u a lit y   m ea s u r e m e n ts   w h ic h   h as  m ad it  i m p o s s ib le  to   ca r r y   o u s ati s f ac to r y   s tu d ies.  T h is   asp ec o f   s tu d y   m a y   s u g g est  b etter   u n d er s ta n d in g   o f   t h r elate d   ch ar ac ter is tic s   w i th   g r ea n u m b er   o f   th n o i s y   s p ee c h   d ate  av ailab le  f o r   th s p ee ch   at  v ar io u s   d B   SNR   en v ir o n m e n t s   [ 1 ] .     C o n ce r n s   h a v b ee n   e x p r ess e d   ab o u s p ee ch   en h an ce m e n ap p r o ac h es.  Ho w ev er ,   t h er h as  b ee n   f e w   r esear c h es  s o   f ar   t h at  s ee k   p o s s ib le  s o l u tio n   to   th s p ee ch   en h a n ce m e n b ased   o n   co m p r e s s i v s e n s in g   ( C S)  tech n iq u e.   C o n s eq u e n tl y ,   th q u esti o n   r e m ai n   w h e th er   it  ca n   ac h iev s u itab le  h ig h   i m p r o v e m e n i n   b o th   its   p er f o r m a n ce   an d   q u alit y .   T h u s ,   it  m a y   b u s e f u to   in v esti g ate  a n d   an al y ze   t h i s   n e w   ap p r o ac h   o f   d ata  ac q u is itio n   w h ic h   is   k n o w n   a s   co m p r ess iv s e n s i n g   ( C S)  tec h n iq u [ 6 ] .   I ts   th eo r y   ass er t h at  o n ca n   r ec o v er   ce r tain   s i g n al s   f r o m   f ar   f e w er   s a m p les  o r   m ea s u r e m e n t s   th a n   co n v e n tio n al  m et h o d   th at  is   b ased   o n   th w ell - k n o w n   Sh a n n o n /N y q u is t   s a m p lin g   t h eo r e m   [ 7 ,   8 ] .   I n   t u r n ,   n e w   t y p o f   s a m p li n g   t h eo r y   ca n   p r ed ict  f r o m   th e   s p ar ce   s ig n als  a n d   b co n s tr u cted   f r o m   w h at  p r ev io u s l y   b eliev ed   to   b in co m p lete  i n f o r m atio n   [ 6 ] .   T h is   m et h o d   also   p r o v id es  ef f icie n alg o r it h m   w h ic h   ca n   b u s ed   f o r   p er f ec r ec o v er y   o f   t h s p ar s s ig n al  [ 9 ] .   Ma j o r ity   o f   r esear ch e s   i n   t h C S tec h n iq u e s   h av e   b ee n   in tr o d u c ed   in   i m a g p r o ce s s in g   to   p r o v id co m p r es s ed   v er s io n   o f   th o r ig i n al  i m ag w it h   n o i s eles s   d is to r tio n   [ 6 ,   9 ] .   T h is   tech n iq u r elie s   m ain l y   o n   e m p ir ica l   o b s er v atio n   th a m a n y   s i g n a ls   ca n   b w ell - ap p r o x i m ated   b y   s p ar s ex p r ess io n   i n   ter m s   o f   s u itab le  b asis   [ 6 ].       2.   L I T E R AT U RE   SU RVE O F   SPEE CH   E NH ANC E M E NT   Ma n y   liter at u r es  h a v b ee n   r ep o r [ 1 ] ,   [ 3 ] ,   [ 11 ] ,   [ 2 8 ]   an d   m en tio n ed   w id el y   u s ed   s i n g le  c h an n el   s p ee ch   en h an ce m e n b ased   o n   th s h o r t - ti m s p ec tr al  m ag n it u d ( ST SM) .   I n   r ea l   p r o ce s s in g   s p ee c h   en h a n ce m en tech n iq u e s ,   th e   alg o r ith m   e m p lo y ed   s i m p l p r in cip le  in   w h ich   t h s p e ctr u m   o f   t h clea n   s p ee ch   esti m atio n   s i g n al  ca n   b o b tain ed   b y   s u b tr ac tin g   n o is esti m at io n   s p ec tr u m   f r o m   th n o is y   s p ee c h   s p ec tr u m   co n d itio n s .     I n   g e n er al,   s p ee ch   en h a n ce m e n [ 1 ] ,   [ 1 2 ]   w a s   co n ta m i n ated   an d   d eg r ad ed   w ith   ad d iti v n o is e.   I is   t y p icall y   attac k ed   b y   th b ac k g r o u n d   n o is e   o f   u n co r r elate d   s p ee ch .   T h is   s ig n al  w a s   k n o w n   as  n o is s p ee ch   an d   its   s p ec tr u alr u m   ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w ;     ) ( ) ( ) ( n d n s n y an d   ) , ( ) , ( ) , ( k D k S k Y           ( 1 )     w h er ) ( n y , ) ( n s ,   an d   ) ( n d   ar n o is y   s p ee ch ,   clea n   s p ee ch ,   an d   ad d itiv n o is r esp ec tiv el y   w i th   n   s a m p le  n u m b er   o f   t h d is cr ete  ti m s i g n al.   I i s   o f te n   co m p u ted   o n   f r a m e - by - f r a m b as is .   T h n o is y   s p ee c h   is   t h e n   ca lcu lated   i n   th e   d is cr ete  t i m d o m ain   o f   th e   s h o r t - t i m e   F o u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT )   in   wh ich   it   is   g e n er all y   n o n - s tat io n ar y   in   n at u r e .   I ts   n o is y   s p ee ch   s p ec tr u m ) , ( k Y ,   clea n   s p ee c h   s p ec tr u m   ) , ( k S ,   an d   n o i s e   s p ec tr u m   ) , ( k D   ar ca lcu lated   d ep en d   o n     an d   k (   an d   k   ar d en o ted   as  f r eq u e n c y   r esp o n s an d   t h e   f r a m n u m b er   r esp ec ti v el y ) .   Fo r   s i m p licit y ,   t h k   ter m   th r o u g h o u th a s s u m p t io n   o f   f r a m s e g m en ar d r o p p ed .   Hen ce   th n o is y   s p ee ch   p o w er   s p ec tr u m   ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w s     2 2 2 ) ( ) ( ) ( D S Y               ( 2 )     T h en h an ce d   s p ee c h   esti m ati o n   in   s h o r t - t i m m a g n itu d ) ( ˆ S ca n   b o b tain   b y   s u b tr ac ti n g   n o is e   esti m ate  d u r in g   s p ee c h   p au s e,   w h ic h   f o r m u lated   as  f o llo w :     0 ) ( ˆ ) ( ) ( ˆ ) ( ) ( ˆ 2 2 2 2 2 D Y D Y S if           (3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       S in g le  C h a n n el  S p ee c h   E n h a n ce men t u s in g   W ien er F ilte r   a n d   C o mp r ess ive  S en s in g   ( A ma r t S u lo n g )   1943   T h n o is esti m atio n   s p ec tr u m   2 ) ( ˆ D is   ca lcu lated   f r o m   t h av er ag i n g   f r a m e s   o f   t h r ec en t sp ee c h   p au s es:     1 0 2 2 ) ( ˆ 1 ) ( ˆ M j SP Y M D               (4 )     w h er M   is   t h n u m b er   o f   s p ee ch   p au s es   in   co n s ec u ti v f r a m es.  E q u atio n   ( 4 )   is   n o ta k e n   i n to   ac tio n   w h en   th b ac k g r o u n d   n o i s is   s tati o n ar y   an d   co v er ag to   o p ti m al  esti m a te  o f   n o is p o w er   s p ec tr u m .   I n   ad d itio n ,   E q u atio n   ( 3 )   ca n   also   b co n s i d er   as f ilter   w h e n   its   p r o d u ct  o f   th n o is y   s p ee ch   s p ec tr u m   is   r ep r esen ted   as     2 2 2 2 ) ( ) ( ) ( ˆ 1 ) ( ˆ Y Y D S 2 ) ( ) ( Y   an d     2 1 2 2 ) ( ) ( ˆ 1 , 0 m a x ) ( Y D   (5 )     w h er ) (   is   th e   g a in   f u n ctio n   o f   s p ec tr al  s u b tr ac tio n   a n d   al s o   k n o w n   as   f i lter .   T h is   g ai n   f u n c t io n   ) (   is   d ef in ed   as  th m ag n it u d r esp o n s o f   1 ) ( 0 ,   th er ef o r it  is   ze r o   p h ase  f ilter   as  s h o w n   ) (   in   E q u atio n   (6 ) .   T o   s y n th e s is r esu lt s ,   th e n h a n ce d   s p ee ch   s i g n al  n ee d s   r ec o n s tr u ctio n .   T h is   p h ase  is   d o n b y   u s i n g   th n o i s y   p h a s as  th cl ea n   s p ee ch   esti m at io n   s i g n al,   d u to   in s en s iti v it y   o f   t h h u m an   au d ito r y   s y s te m   [5 ] ,   [ 1 3 ] .   Su b s eq u en t l y ,   t h e n h a n ce d   s p ee c h   i n   f r a m e   is   esti m ated   an d   t h clea n   s p ee ch   est i m a tio n   is   t h e n   s y n t h esi s   as  )) ( ( ) ( ˆ ) ( ˆ Y j e S I F F T n s .   I t s y n t h esi s   w il r ec o v er s p ee ch   esti m at io n   w a v ef o r m   b y   i n v er s e   Fas Fo u r ier   tr an s f o r m i n g   ) ( I F F T u s in g   an   o v er lap   an d   ad d   m eth o d .   Mo r eo v er ,   th s u b tr ac tiv e - t y p e   alg o r ith m s   ca n   also   b e s ti m at ed   u s i n g   f ilter   ap p r o ac h   d ep en d en o n   th n o is y   s p ee ch s   ch a r ac ter is tics   a n d   o n   th n o is e s ti m atio n   s p ec tr u m   t h at  ca n   b e x p r ess ed   a s   ) ( ) ( ) ( ˆ Y S .   T h i s   g ain   f u n ctio n   ) (   co m b i n th n o is r ed u ctio n   o f   th p r o p o s ed   m et h o d   [ 1 4 ]   w it h   [ 1 5 ] .   I n   ex ten s iv s tu d ied   [ 1 6 ]   an d   [ 1 7 ]   r ep o r ted   th at  th g a in   i m p r o v e m en r elati v el y   u s ed   th p ar a m eter s   ( i.e . ,   ,   an d     r esp ec tiv el y ) .   T h e   f o llo w in g   g ain   f u n ct io n   is   a s   f o llo w :     o t h e r w i s e Y D Y D if Y D 2 1 1 2 1 ) ( ) ( ˆ 1 ) ( ) ( ˆ , ) ( ) ( ˆ 1 ) (           (6 )     Th g ain   f u n c tio n   f r o m   E q u atio n   ( 6 )   is   th d esig n ed   p ar a m eter   to   d ea w ith   t h tr ad eo f f   i n   n o is e   r ed u ctio n ,   r esid u al  n o is an d   s p ee ch   d is to r tio n   s i g n a l.  T h ese  v ar iatio n   p ar a m eter   ca n   b d escr ib ed   as  th f r e e   p ar am eter   an d   ca n   b e   d escr ib ed   as  f o llo w s :   a) .   Ov er - s u b tr a ctio n   f ac to r   ) 0 ( to   av o id   t h e   atte n u at io n   o f   th s p ec tr u m   m o r th a n   n ec es s ar y   w h ich   lead s   to   t h e   r ed u ce d   r esid u al  n o is p ea k s   ev e n   th o u g h   t h d is to r tio n   to   t h s p ee c h   s i g n al   i n cr ea s ed   ( r e d u cin g   a u d itab le  d is to r tio n ) . b ) .   Sp ec tr al  f lo o r in ) 1 0 (  to   r ed u ce   th b ac k g r o u n d   n o is w h er ea s   t h b ac k g r o u n d   n o is is   ad d ed   b u o n l y   r e m ai n in g   th m i n i m u m   v al u o f   th b ac k g r o u n d   n o is to   b ta k en . ; c ) .   E x p o n en 1   an d   2 to   d eter m i n th s h ar p n e s s   o f   th e   tr an s itio n   f r o m   c h an g i n g   t h g ain   f u n ctio n ,   b y   as s i g n i n g   1 ) (   ( m o d i f ied   s p ec tr al  co m p o n en t) .   T h m o d i f icat io n   o f   th e x p o n en 1   an d   2   p ar am eter s   o f   t h alg o r i th m   a n d   its   r es u lts   ar d escr ib ed   as  f o llo w :   in   ca s o f   m ag n it u d s u b tr ac tio n   ( 1 1   an d   1 2 ) ,   in   ca s o f   p o w e r   s p ec tr al  s u b tr ac tio n   ( 2 1   an d   5 . 0 2 )   ,   an d   in   c ase  o f   W ien er   f ilter   ( 2 1   an d   1 2 )   r esp ec tiv el y .   I n   [ 5 ] ,   it  is   m e n tio n ed   th ad v an ta g e s   o f   t h s p ec tr al  s u b tr ac tio n   al g o r ith m s   a s   f o llo w ;   1 )   s i m p le  a n d   o n l y   r eq u ir in g   n o is e   es ti m a tio n   s p ec tr u m ,   a n d   2 )   v ar iatio n   o f   s u b t r ac tio n   p ar a m eter s   w it h   h i g h l y   f le x ib ili t y .   No r m a ll y ,   it  e m p lo y s   v o ice  a ctiv it y   d etec tio n   ( V A D)   in   t h f o r m   o f   s tati s tical   in f o r m a tio n   o f   s i len ce   r eg io n .   VAD  p er f o r m a n ce   d eg r ad ed   s ig n if ican t l y   at  lo w   s i g n al  to   n o is r atio n   ( SNR ) .   Ho w ev er ,   d if f ic u lt y   e m er g e w h e n   b ac k g r o u n d   n o is i s   n o n s tat io n ar y .   T h eir   s h o r tco m i n g   p er ce p tu all y   co n tai n s   t h r e m n a n o f   u n n at u r al  n o ticea b le  to   s p ec tr al  ar ti f ac ts   k n o w n   as   m u s ical  n o is i n   r an d o m   f r eq u e n cies.  I co r r ec tl y   d ep en d s   o n   p r ec is e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2017     1 9 4 1     1 9 5 1   1944   o f   n o is e s ti m atio n   w h ic h   i s   li m ited   b y   t h p er f o r m a n ce   o f   s p ee ch /p a u s d etec to r s .   T h alg o r ith m s   i m p r o v e m en o f   u s in g   s p ec tr a o v er - s u b tr ac tio n   is   to   m i n i m ize  th in e v it ab le  n o is an d   d is to r tio n   [ 5 ] ,   [ 1 6 ] .   B esid th at,   th alg o r ith m   as s ig n ed   1 0    an d   1   in   w h ich   to   co n tr o th a m o u n o f   p o w er   s p ec tr u m   i n   n o is s u b tr ac tio n   f r o m   th e   p o w er   s p ec tr u m   o f   th n o is y   s p ee ch   in   ea ch   s p ee ch   f r a m e   [ 5 ] .   I ts   s p ec tr al  f lo o r   p ar am e ter s   ar u s ed   to   p r ev en th ca u s o f   s p ec tr u m   f lo o r   f r o m   g o i n g   to   b elo w   t h p r eset   m i n i m u m   lev el   r ath er   t h at  s et tin g   to   ze r o .   T h is   al g o r ith m   d ep en d s   o n   p o s ter io r s eg m e n tal  SNR   an d   o v er   s u b tr ac tio n   f ac to r   ca n   b ca lcu late  f r o m   E q u at io n   ( 8 )   [ 5 ] .         e l s e D D Y f D Y S i 2 2 2 2 2 2 ) ( ˆ 1 ) ( ˆ ) ( ) ( ˆ ) ( ) ( ˆ m a x 0 m i n 0 ) ( S N R S N R   (7 )   w h er 1 m i n 5 m a x 5 m i n S N R dB 20 m a x S NR ) 4 ( , 0 0   at  S NR dB 0 .   I n   th i s   tech n iq u w i ll  u n if o r m   t h n o is e f f ec t s   s p ec tr u m   to   t h s p ee ch   a n d   p r ed ict  th s u b tr ac ti o n   f ac to r s   th a w a s   s u b tr ac ted   n o is y   b y   o v er - e s ti m ate  o f   n o is f ac to r   s p ec tr u m .   Sp ee ch   d is to r tio n   a n d   r e m n a n m u s ical  n o is i s   b alan ce d   u s i n g   th v ar io u s   co m b in at io n s   o f   o v er - s u b tr ac tio n   f ac to r     an d   s p ec tr al  f lo o r   p ar a m eter   .   T h is   p ar am eter   is   to   av o id   th tr ad o f   th a m o u n o f   r e m n a n n o is an d   th lev el  o f   p er ce iv e d   m u s ica n o is e.   I f   p ar am eter   v al u   is   lar g e,   it  p r o d u ce s   au d itab le  n o is d u to   v er y   litt le  a m o u n o f   r e m n a n m u s ical  n o is e.   I f   p ar a m e ter   v a lu is   v er y   s m a ll  th e n   t h r e m n a n n o i s g r ea t l y   r ed u ce d   b u s p ee ch   s ig n al  i s   q u it  a n n o y i n g   b y   th e   m u s ical  n o is e.   T h u s ,   t h s u i tab le  d esi g n   o f   i ts   p ar a m e ter   v al u is   s et   f o llo w i n g   t h E q u atio n   ( 7 )   an d   p ar am eter   is   s et  to   0 . 0 3 .   A s   s u ch ,   t h alg o r it h m   ca n   r ed u ce   th lev el  o f   p er ce iv ed   r e m n a n m u s ical  n o is e   w h ile  t h r e m ai n in g   o f   t h b ac k g r o u n d   n o is i s   p r esen ted   an d   d is to r ted   th e n h an ce d   s p ee ch   s i g n al.   Ma n y   t y p o f   r esear c h   al s o   r ep o r ted   u s i n g   o th er   d o m ai n ,   e. g .   s i g n al  s u b s p ac ap p r o ac h   [ 1 ] ,   [ 3 ] .   I d if f er s   f r o m   th e   s p ec tr al  s u b tr ac tio n   b y   d ec o m p o s in g   t h n o is y   s p ee c h   w it h   Kah u n e n - L o ev e - T r an s f o r m   ( KL T )   in to   s u b s p ac e   th at  o cc u p ied   p r i m ar il y   b y   t h clea n   s p ee ch   v ec to r   s p ac s ig n a a n d   n o i s v ec to r   s p ac s ig n al.   T h is   m et h o d   u s ed   K L T   in s tead   o f   FF T   w h i ch   is   p r o p o s ed   b y   s p ec tr al  s u b tr ac tio n .   I is   th e n   esti m ated   t h s i g n a th s ig n al   o f   in ter est  a n d   n o is s u b s p ac f r o m   s u b s p ac o f   t h n o i s y   E u clid ea n   s p ac [ 1 ] .   I n   [ 1 ]   m en tio n ed   t h a t h er e   ar s ev er al   d if f er en t   t y p e s   o f   t h s p ec tr al  s u b tr ac tio n   a lg o r it h m s   f a m il y .   A cc o r d in g l y ,   t h is   s p ec tr al  s u b tr ac tio n   t y p esti m ate s   t h s p ee ch   b y   s u b tr ac ti n g   n o is e s ti m atio n   f r o m   t h n o is s p ee ch   o r   b y   m u ltip l y in g   t h n o is e   s p ec tr u m   w i th   g ain   f u n ctio n s ,   an d   th en   co m b i n it  w i th   t h e   p h ase  o f   n o is y   s p ee ch .   So m e   o f   its   ex a m p le s ,   in   b r ief l y ,   ar s p ec tr al  o v er - s u b t r ac tio n ,   s p ec tr al  s u b tr ac tio n   b ased   o n   p er ce p tu al  p r o p er ties ,   iter ativ s p ec tr al  s u b tr ac tio n ,   m u lti - b a n d   s p ec tr al  s u b tr ac tio n ,   W ie n er   f ilter in g .   T h er ef o r e,   s p ec tr al  s u b tr ac ti o n   t y p e s   es s e n tiall y   w er b ased   o n   in t u it iv a n d   h e u r is tical l y   b ased   p r in cip les.   I n   W ien er   f ilter   t y p al g o r ith m s ,   t h g e n er al  id ea   is   to   m in i m ize  th m ea n   s q u ar er r o r   cr iter io n   an d   to   ac h iev th o p ti m al  f ilter   as  m en tio n   in   [1 ] ,   [ 1 8 ] .   T h ty p ical  f o r m u la  o f   t h W ien er   f i lter   w it h   n o n ca u s al   W ien er   f ilter   f o r   w h ic h   th f r e q u en c y   r e s p o n s [ 1 ] ,   [ 1 8 ]   an d   its   f o r m u lar   ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w     2 2 2 2 2 . ˆ ) ( Y S D E S E S E W i e n e r A    an d   ) ( ) ( ) ( ) ( d s s W i e n e r P P P   ( 8 )   w h er ] [ E is   as s i g n ed   as  s ig n al  es ti m ato r   an d   p ar a m eter     an d     is   ass i g n ed   to   s o m co n s ta n t.   T h ese  co n s ta n t   r ef er r ed   as  p ar a m etr ic  W ien er   f ilter s   in   w h ic h   to   o b tai n   t h eir   c h ar ac ter is tic  f o r   s p ee c h   s o lu tio n .   I n   E q u atio n   ( 8 ass ig n   t h   an d     ar eq u al  to   o n e.   T h u s ,   th e n h an ce d   s p ee ch   esti m atio n   d ep en d s   lar g el y   o n   t h g ai n   p ar a m eter s   i m p r o v e m e n t.  T h en h a n ce d   s p ee ch   est i m at io n   a n d   its   g ai n   f u n ctio n   is   s h o w n   in   E q u atio n   ( 9 ) .   T h is   g ai n   f u n ctio n   is   lar g el y   d ep en d   o n   th p o w er   s p ec tr u m   d en s i t y   o f   th e   n o i s at  a   ce r tain   f r eq u e n c y   th at  at ten u at es e ac h   f r eq u en c y   co m p o n e n t.   I n   [ 1 ] ,   [ 1 1 ]   r ev ie w ed   th s tati s tical  m o d el  b ased   alg o r it h m .   I ts   m et h o d   is   j u s t if ied   b y   t h s t atis tics   o f   sp ee ch   an d   n o i s th at  ar n o av ailab le  an d   th er i s   n o   k n o w led g o f   t h b est  d is to r ti o n   m ea s u r in   t h e   p er ce p tio n   s en s e   b y   m o d if ica ti o n   o f   u s i n g   Hid d en   Ma r k o v   M o d el  ( HM M)   b ased   en h a n ce m en t [ 1 ] .   I n   g en er al,   th is   m et h o d   ad ap ted   co m p o s ite  s o u r ce   m o d el  b y   c h o o s in g   f in i te  s et  o f   s tat is tical l y   i n d ep en d en Gau s s ia n   s u b s o u r ce s   m o d el.   T h is   f i n ite   s et  i s   co n s id er   as   s w i tch   th a t   co n tr o lled   b y   a   Ma r k o v   c h ai n .   T h HM M - b ased   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       S in g le  C h a n n el  S p ee c h   E n h a n ce men t u s in g   W ien er F ilte r   a n d   C o mp r ess ive  S en s in g   ( A ma r t S u lo n g )   1945   en h a n ce m en s y s te m s   a llo w   s ep ar atio n   b et w ee n   s p ee c h   an d   n o is b esid t h at  it  i n t r o d u ce d   o f   a   p r io r   in f o r m atio n   ab o u s p ee ch   a n d   m o d elin g   o f   n o is lead   to   a n   i m p r o v e m en o v er   clas s ical  m et h o d s ,   esp ec iall y   at  lo w   SN R s   a n d   f o r   s p ee ch   co r r u p ted   b y   n o n s tatio n ar y   n o is e.   T h li m ita tio n   o s   th e   H MM - b ased   s y s te m   r eq u ir tr ain in g   p h a s to   o b tain   th s p e ec h   a n d   n o is m o d el s .   I r elativ el y   i n cr ea s e   th co m p u tatio n al   r eq u ir e m en t.  T h ev al u atio n   o f   th i s   s tag f o llo w ed   clea n   s p ee ch   est i m at io n   u s i n g   Ma x i m u m   A   P o s ter io r i   esti m atio n   ( M A P )   [ 1 ] ,   [ 1 1 ] ,   Min i m u m   Me an - Sq u ar E r r o r   ( MM SE)   esti m atio n   ( it  also   k n o w n   as   E p h ar ai m   an d   Ma lla h s   e s ti m ato r )   [ 1 9 ] .   T h is   m et h o d   [ 1 9 ]   f o cu s ed   o n   p r o d u cin g   co lo r les s   r esid u al  n o is b y   i n tr o d u ci n g   th g ai n   f u n ctio n s   esti m ato r   a s   f u n ctio n   o f   a   p o s teri o r i S N R   an d   a   p r io r i S N R     2 2 ) ( ) ( ) ( ˆ Y S W i e n e r        an d               2 2 2 ) ( D E S E S E W i e ne r     (9 )   L ater ,   [ 1 8 ]   p r o p o s ed   th m o d if icatio n   o f   p r io r s i g n al  to   n o is e   esti m atio n   t h at  lead s   t o   th b es t   s u b j ec tiv r es u lt s   an d   ac h ie v e d   th tr ad e - o f f   b et w ee n   n o is e   r ed u ctio n s   w it h   lo w   co m p u ta tio n al  lo ad   f o r   r ea l   ti m o p er atio n s .   Mo r eo v er ,   [ 1 ]   ad ap ted   w it h   a   n o n - ca u s a l   esti m ato r   f o r   p r io r SN R   a n d   co r r esp o n d in g   n o n - ca u s al  to   e n h a n ce   s p ee ch   s ig n al.   T h is   esti m ato r   tec h n i q u p r o d u ce d   h ig h er   i m p r o v e m en i n   s e g m en tal  SNR ,   lo w er   lo g - s p ec tr al  d i s to r tio n ,   an d   b etter   p er ce p tu al  ev a lu atio n   o f   s p ee c h   q u ali t y   a s s e s s m e n t te s ts   ( P E SQ   s co r es  b ased   o n   I T U - T   P . 8 6 2   s tan d ar d   [ 1 0 ] ) .   B esid es  th at,   o th er   s p ee ch   en h an ce m e n tech n iq u e s   [ 1 ] ,   [ 4 ]   also   in tr o d u ce d .   I n   [ 1 6 ]   m e n tio n ed   th m o d i f icatio n   o f   b o o s ti n g   t ec h n iq u es a n d   its   ad ap tatio n   t o   te m p o r al  m as k i n g   th r es h o ld   o f   t h h u m a n   a u d it o r y   s y s te m .   T h is   m a s k i n g   t h r esh o ld   d ep en d s   o n   h u m a n   au d ito r y   s y s te m   t h at   t y p icall y   u s in g   i n   s p ee ch   a n d   au d io   co d in g   to   lo w er   t h b itr ate  r eq u ir e m en t.T h g ain   f u n c tio n   w as  d ep en d ed   o n   th g lo b al  f o r w ar d   m a s k i n g   th r es h o ld   an d   f o r w ar d   m as k in g   t h r es h o ld   in   ea ch   s u b b an d   [ 1 6 ] .   I ac ted   as  th f ilter   o p er atio n   th at   ex p r es s ed   in   ti m d o m ai n   in   o r d er   to   ev alu a te  t h n o is e f f ec t s   to   t h s p ee ch   s i g n a i n   ea ch   s u b b an d .         3.   P RO P O SE SPE E CH   E NH ANCEM E NT   A L G O RI T H M   I n   th i s   s ec tio n ,   Fi g u r 1   s h o w s   i n   th b lo ck   d ia g r a m   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m .   T h is   s p ee c h   en h a n ce m en t a lg o r it h m   i s   d esi g n ed   b ased   o n   W ien er   f ilter   an d   co m p r ess i v s e n s i n g   ( C S).       3 . 1 .   No is y   Sp ec t ru m   a nd   U pd a t o f   No is E s t i m a t e   As  s h o w n   in   Fi g u r 1 ,   t h s p ee ch   s i g n al  h as  b ee n   co n ta m i n ated   b y   n o is a n d   it  i s   w ell - k n o w n   a s   n o is y   s p ee ch .   W ith   t h i s   m et h o d ,   th n o is y   s p ee c h   is   s ep ar a te  in to   f r a m o f   2 0   m illi s ec o n d s   in   w h ich   ea c h   f r a m i s   co r r esp o n d ed   to   1 6 0   s a m p le  p er   f r a m b y   u s i n g   th s a m p li n g   r ate  o f   8   k Hz.   L e n o is y   s p ee ch   ) ( n y   as  th in p u s i g n al  i n   ter m   o f   ti m d o m a in   t h at  co n s i s o f   t h clea n   s p ee ch   ) ( n s   an d   ad d itiv e   n o is ) ( n d o f   in d ep en d en s o u r ce   r esp ec tiv e l y .   T h eq u atio n s   ar r estated   an d   s i m p li f ied   in   o r d er   to   m a k u n d er s tan d ab le.   Fro m   E q u atio n   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   n o is esti m ate  [ 2 0 ]   w i th   th h y p o th e s is   f o r m u la  ca n   b ex p r ess ed   i n     E q u atio n   ( 1 0 ) .   T h n o is es ti m atio n   w ill  ca lc u late  b ased   o n   f r a m e - by - f r a m n o is es ti m atio n   o f   E q u atio n   ( 1 1 ) .   T h h y p o t h esi s   o f   E q u at io n   ( 1 0 )   is   u p d ate  th n o is es ti m ate  2 D .   T h r an g   1 0 d d   w a s   ass i g n ed   f o r   s m o o t h in g   f ac t o r .   ) ( 0 H   an d   ) ( 1 H   d en o ted   th s p ee ch   ab s en an d   t h s p ee c h   p r esen t   h y p o t h esi s   r esp ec tiv e l y .   He n ce ,   th n o is e s ti m ate  ) ( D   o b tain ed   f r o m   E q u a tio n   ( 1 1 )   w h er e k Y k H P k p , | , ) , ( ' ' 1   d en o ted   as  t h s p ee c h   p r esen ce   p r o b ab ilit y   o f   t h n o is v ar ia n ce   t h at   co r r u p ted   in   h ig h   n o n s ta tio n ar y   n o is e n v ir o n m en t s .     2 2 ) ( D E D   an d   ) ( ˆ ) 1 ( ˆ : ) ( 1 ) ( ˆ ) 1 ( ˆ : ) ( 2 2 ' 1 2 2 2 ' 0 D D d D d D H Y H     ( 1 0 )     2 ) ( )) ( 1 ( ) 1 ( ) ( ) ( Y D D s s an d   ) ( ' ) 1 ( ) ( p d d s   ( 1 1 )     3 . 2 .   SNR  E s t i m a t o a nd   Wiener  F ilte r   T h SNR   esti m ato r   is   r ep r esen ted   b y   o b s er v i n g   lo ca a   p o s teri o r S N R   an d   a   p r io r S N R   i n     E q u atio n   ( 1 2 )   r esp ec tiv el y .   T h is   es ti m a to r   w as  ad ap ted   b y   u s i n g   [ 1 9 ]   in   o r d er   to   p r o d u ce   co lo r less   r esid u al  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2017     1 9 4 1     1 9 5 1   1946   n o is an d   to   i m p r o v t h g ai n   f u n ctio n   o f   th W ie n er   f ilter .   T h ) ( ˆ 1 n S   is   th p r ev io u s   f r a m e s ti m atio n   s p ee ch ,   w h er 1 p o s t S N R   is   i n ter p r eted   as  in s tan tan eo u s   S N R   ( i n s t S N R )   w h ile  98 . 0   an d   y y P ) (   0 y if   an d   0 ) ( y P o th erw is e .   T h is   W ien er   tech n iq u in   E q u atio n   ( 1 3 )   w a s   m o d if ied   b ased   o n   [ 1 8 ]   t o   o b tain   th h i g h   a m p l itu d s p e ctr u m   w ei g h esti m ate  w h e n   ap p ly i n g   E q u atio n   ( 1 2 )   to   n o n - lin ea r   o p ti m al  g ai n   f u n ctio n   o f   E q u atio n   ( 1 3 )   an d   p r o d u ce d   th en h a n ce d   s p ee ch   s i g n al.   T h is   m o d i f ied   tech n i q u w il r ed u ce   th e   m is m atc h   w e ig h o f   t h i n ter este d   s i g n a l.  T h en ,   t h i n v er s FF T   tr an s f o r m ed   is   s y n th e s is .   I also   d er iv ed   u n d er   as s u m p tio n   t h at  o f   k e y   p ar a m eter   i n   th e   r ed u ctio n   o f   t h n o i s a n d   i m p r o v i n g   t h s p ee ch   d i s to r tio n   w h er th tec h n iq u g iv e n   d ec is io n - d ir ec ted   m et h o d   as lo w   co m p u tatio n al  l o ad   f o r   r ea l ti m o p er atio n .     2 2 ) ( ) ( D Y S N R p o s t an d   ) 1 ( 1 ) ( ) ( ˆ ) ( ) ( 2 2 1 2 2 p o s t n p r i o S N R P D S D S E S N R   ( 1 2 )     X j W i e n e r e Y I F F T n y ˆ   an d   p r i o p r i o W i e n e r S N R S N R 1 ) (     ( 1 3 )       N o i s e   A v e r a g e N o i s y   S p e e c h   E s t i m a t o r S p e c t r a l   S N R   E s t i m a t o r   W i e n e r   F i l t e r C o m p r e s s i v e   S e n s i n g   ( C S )   M o d i f i c a t i o n N o i s y   S p e e c h E n h a n c e d   S p e e c h N o i s e   E s t i m a t e N o i s y   S p e c t r u m S N R   E s t i m a t o r   W i e n e r   F i l t e r C o m p r e s s i v e   S e n s i n g   ( C S )   M o d i f i c a t i o n N o i s y   S p e e c h E n h a n c e d   S p e e c h P E S Q   M e a s u r e P E S Q   S c o r e C l e a n   S p e e c h     Fig u r 1 .   T h p r o p o s ed   alg o r it h m   b ased   o n   W ie n er   f ilter   a n d   co m p r es s iv s en s i n g   tec h n iq u e       3 . 3 .   Co m press iv Sens i ng   M o difi ca t io n   T h co m p r ess i v s e n s i n g   ( C S)   tech n iq u is   also   m o d i f ied .   T h is   n o v el  C ap p r o ac h   is   f u n d a m en tall y   d if f er e n f r o m   t h w ell - k n o wn   Sh a n n o n   s a m p li n g   t h eo r e m   [ 6 ] .   T h is   tech n iq u u s ed   s a m p lin g   t h eo r y   th at  o f   s elec ti n g   th i n ter es ted   s i g n al  a n d   r ec o v er   w it h   al m o s ex ac s i g n al  r ec o n s tr u cti o n   f r o m   n o i s eles s   o b s er v atio n s   [ 6 ] ,   [ 9 ] .   T h m aj o r   ad v an tag o f   th C is   th r ec o v er y   p r ed ictio n s   o f   th s i g n a ls   f r o m   in co m p lete   m ea s u r e m e n ts   ( in f o r m at io n )   t h at  w a s   ap p lied   i n   v ar io u s   ap p licatio n s .   Mo r eo v er ,   th C S tec h n iq u e   r elies  o n   t h k e y   e f f icien c y   o f   th e   e m p ir ical   o b s er v atio n   w i t h   w el s p ar s ap p r o x i m at io n s   in   s u itab le  b asi s   b y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       S in g le  C h a n n el  S p ee c h   E n h a n ce men t u s in g   W ien er F ilte r   a n d   C o mp r ess ive  S en s in g   ( A ma r t S u lo n g )   1947   o n l y   a   s m all   a m o u n o f   n o n z er o   co ef f icie n ts   [ 6 ] ,   [ 9 ] .   T h C S   m e th o d   u s ed   g r ad ien p r o j ec tio n   f o r   s p ar s r ec o n s tr u ctio n   ( GP SR )   to   ex p er i m en tall y   in v es tig a te  th i n t er ac tiv ef f ec t s   o f   t h co r r u p t ed   n o is an d   o b tain   b etter   i m p r o v e m e n to   th li s t en er   w ith   n o is ele s s   r ed u ctio n   [ 2 1 ] .   T h is   m et h o d   ap p lied   b ased   o n   th w ei g h ad ap tatio n   ( w Ax n y ) ( ˆ )   o f   in v er s f ast  Fo u r ier   tr an s f o r m   in   E q u atio n   ( 1 4 )   to   ac h iev h i g h   q u alit y   n o is r ed u ct io n   a n d   en h a n c s p ee ch   s i g n al   Ax n s ) ( ˆ   w h er t h e   n at u r o f   a   m atr ic  is   d ef i n ed   b y   m ea s u r e m e n t   m atr ix   n m R A .   T h est i m ated   co e f f icien n R x ,   an d   m o d el  m is m atc h   m R w   is   u n d er   ass u m p tio n   t h at  n m .   T o   r ec o v er   th ill - p o s ed   co n d itio n   o f   s i g n a w it h   s u f f icie n s p ar s x   o f   u n co n s tr ai n ed   p r o b lem   u s ed   th GP SR   [ 3 6 ]   tech n iq u e,   w h e r th s p u r io u s   co m p o n en ts   m R w   a r r ed u ce d   n o is eles s   d is to r tio n s .   T h is   tech n iq u ca n   b ex p r ess ed   as  in   E q u atio n   ( 1 4 ).       1 2 2 2 1 m i n x Ax y x               ( 1 4 )     L et  t h s a m p le  y   is   in p u w ei g h   s i g n al  co r r elatio n   to   p r ed eter m in ed   t h ele m e n o f   w ei g h   ad ap tatio n   ) ( ˆ n y T h d eter m in a tio n   to   ex ac s o lu tio n   o f   t h s p ar s r ec o v er y   y   is   u til ized   to   r eg u late  th e   r ec o v er y   o f   t h e   esti m ated   co ef f icien i n   t h p r ed icted   s ig n al  x ˆ   o f   x   an d   ac h i ev th i m p r o v e m en o f   s p ee ch   q u alit y   w it h   n o is r ed u ctio n .   T h is   C m o d if icatio n   tec h n iq u r elies  o n   th k e y   e f f icien c y   o f   t h em p ir ical  o b s er v atio n   w it h   w ell  s p ar s ap p r o x i m a tio n   in   s u i tab le  b asis   b y   o n l y   s m a ll a m o u n t o f   n o n ze r o   co ef f icie n ts   [ 6 ] ,   [ 9 ] .       4.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S AN D I SC USS I O NS   P E SQ  o b j ec tiv ass es s m e n t   t est  a n d   its   p er ce n ta g i m p r o v e m en i n     w as  in v es tig a te  i n   w h ic h   to   ev alu a te  th e n h an ce m e n o f   th s p ee c h   s i g n al  an d   t h e n   co m p ar w it h   t h clea n   s p ee ch   s i g n al  t h at  o f   a   p ar ticu lar   ass es s m en s ig n al  [ 1 ] ,   [ 24 ] ,   [ 2 9 ] .   T h P E SQ  s co r e   h as  al m o s co r r elate d   w it h   s u b j ec tiv ass es s m e n t   test   o f   9 3 . 5 co r r elatio n   w h ile  o th er   o b j ec tiv test   s u ch   as  I tak u r a - s a ito   d is to r tio n   alg o r ith m ,   A r tic u latio n   in d ex ,   s e g m e n SN R ,   an d   SN R   h av co r r elatio n   ass e s s m e n test   o f   5 9 %,  6 7 %,  7 7 %,  an d   2 4 %   r esp ec tiv el y   [ 1 6 ] .   I n   [ 1 6 ]   also   in tr o d u ce d   th n e w   s p ee ch   q u alit y   ass es s m en test   i n   ter m   o f   p er ce n tag P E SQ   i m p r o v e m en .   T h is   p er ce n tag i m p r o v e m e n t c a n   b ex p r ess ed   as sh o w n   i n   E q u atio n   ( 1 5 ).     % 100 r e f r e f p r o c P E S Q P E S Q P E S Q               ( 15 )     E q u atio n   ( 1 5 )   m e n tio n ed   o n   p r o c P E S Q   a n d   r e f P E S Q ,   it d en o ted   th e   o b j ec tiv P E SQ a s s ess m e n s co r o f   th e   en h a n ce d   s p ee ch   co m p ar ed   w ith   t h clea n   s p ee c h   s i g n al  wh ile  i n   r e f P E S Q   r ef er s   to   P E SQ  s co r o f   test i n g   n o is y   s p ee ch   p er f o r m a n ce   q u a lit y   co m p ar ed   w it h   th clea n   s p ee ch   r esp ec tiv el y .   T h f o u r   d i f f er e n r ea ar ti f ic ial  ad d ed   f o r m   t h n o is y   s p e ec h   co r p u s   ( NOI Z E U S)  I E E E   s tan d ar d   1 9 9 6   [ 1 ,   2 2 ]     T h ese  n o is y   d at s et  u s ed   th Am er ican   E n g li s h   la n g u a g e,   w h er t h s p ee c h   o r ig in all y   s a m p led   at  2 5   k Hz  an d   d o w n - s a m p led   to   8   k Hz.   T h tr ad itio n al  alg o r ith m s   i n cl u d Sp s u b   [ 2 3 ] ,   Ss r d [ 2 4 ] ,   P k lt   [ 2 5 ] ,   W n r W [ 2 6 ] ,   Mm a s k   [ 2 7 ] ,   an d   m m s e   [ 1 9 ]   r esp ec tiv el y .   T h P E SQ  ass e s s m e n test     w a s   u s ed   to   e v al u ate  th e   m ai n   a n al y s is   an d   i ts   s i g n i f ic an d i f er en b et w ee n   th p r o p o s ed   Sp E n C an d   th o t h er   al g o r ith m s   at  v ar io u s   n o is t y p SN R s .   Fig u r 2   cl ea r l y   i n d ic ated   th i m p r o v e m en o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   in   t h w a v e f o r m s   an d   s p ec tr o g r a m   r esu lts   w h e n   co m p ar w i th   tr ad itio n al  al g o r ith m s ,   n o is y   s p ee c h .   I n   Fi g u r e   3 ,   th P E SQ sco r e   in   t h p r o p o s ed   Sp E n C a lg o r ith m   o u tp er f o r m s   th e   s p ee c h   q u a lit y   co m p ar ed   to   o v er all  s co r w it h   o t h er   alg o r ith m s   o f   all  n o i s t y p es,  i . e.   0 ,   5 ,   1 0 ,   1 5   d B   SNR .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2017     1 9 4 1     1 9 5 1   1948         ( a)   T h s p ee ch   w a v e f o r m   o f   cl ea n   s p ee ch     ( b )   T h s p ee ch   w a v e f o r m   o f   c lean   s p ee ch           ( c)   T h s p ee ch   w a v e f o r m   o f   t h p r o p o s ed   Sp E n C alg o r ith m       ( d )   T h s p ee ch   w a v e f o r m   o f   P k lt a l g o r ith m         ( e)   T h s p ee ch   w a v e f o r m   o f   m m s al g o r ith m     ( f )   T h s p ec tr o g r am   o f   clea n   s p ee ch           ( g )   T h s p ec tr o g r am   o f   n o is y   s p ee ch     ( h )   T h s p ec tr o g r am   o f   th p r o p o s ed   Sp E n C alg o r ith m           ( i)   T h s p ec tr o g r a m   o f   P k lt a l g o r ith m     ( j )   T h s p ec tr o g r a m   o f   m m s alg o ith m     Fig u r 2 .   T h co m p ar is o n   o f   s p ee ch   w a v e f o r m   ( i.e .   a - e)   an d   its   s p ec tr o g r a m   ( i.e .   f - j )   o f     th e   p r o p o s ed   Sp E n C S a lg o r it h m th at  o f   air p o r t n o is at“sp 1 2 . w av ”  at  0   d B   SNR           ( a )   T h e   P ESQ   a sse ssm e n t   s c o r e   o f   A i r p o r t   N o i se     ( b )   T h e   P ESQ   a sse ssm e n t   sco r e   o f   B a b b l e   N o i se           ( c )   T h e   P ESQ   a sse ssm e n t   s c o r e   o f   C a r   N o i se   ( d )   T h e   P ESQ   a sse ssm e n t   sco r e   o f   Ex h i b i t i o n   N o i se     Fig u r 3 .   C o m p ar is o n   o f   P E S ass es s m en t te s t o f   t h p r o p o s ed   Sp E n C S   al g o r it h m     w it h   o th er   co n v e n tio n a l a lg o r i th m s   at  0   d B ,   5   d B ,   1 0   d B   an d   1 5   d B   r esp ec tiv el y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       S in g le  C h a n n el  S p ee c h   E n h a n ce men t u s in g   W ien er F ilte r   a n d   C o mp r ess ive  S en s in g   ( A ma r t S u lo n g )   1949   T ab le  1 .   T h P E SQ im p r o v e m en t in   p er ce n tag ( %)  o f   t h p r o p o s ed   Sp E n C S c o m p ar es  w it h   o th er   alg o r it h m s                     T ab le  1   s h o w n   t h at  t h w o r s t   ca s ap p ea r   w it h   0 d B   at  all  ty p o f   n o i s co n d itio n s .   Mo s t   o f   P E SQ  p er ce n tag i m p r o v e m e n r es u lts   o f   t h tr ad itio n al  al g o r ith m s   w er b elo w   1 0 an d   its   i m p r o v e m e n r e m ai n   u n co n s i s te n c y .   I w a s   o n l y   a m m s e   alg o r it h m   p r o d u ce d   co m p ar ab le  r esu l ts   w it h   th p r o p o s ed   Sp E n C S   alg o r ith m .   T h o v er all  av er a g o f   t h i m p r o v e m e n i n   th p r o p o s ed   Sp E n C is   ar o u n d   2 0 to   all  n o is y   ass es s m en t te s ts   b u t o th er   alg o r ith m   p r o d u ce d   less   t h a n   th p r o p o s ed   alg o r ith m s .       5.   CO NCLU SI O NS A ND  F UT URE WO RK S   A   n e w   s p ee c h   en h a n ce m e n a p p r o ac h   b y   u s i n g   W ie n er   f ilte r   an d   co m p r es s i v s e n s i n g   w a s   p r o p o s ed   f o r   en h an ci n g   s p ee c h   d eg r ad ed   b y   ad d iti v n o is e.   T h n o i s esti m atio n   i s   ad ap ted   in   wh ich   to   tr ac k   n o is e   u p d ate  esti m atio n   co n ti n u o u s l y .   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   is   b ased   o n   t h W ie n er   f ilter   an d   co m p r e s s i v e   s en s in g .   T h W ien er   f ilter   is   m o d i f ied   f o r   r ed u cin g   co lo r less   r esid u al  n o is b ef o r W ien er   f ilter   is   ca lcu lated .   W ien er   f il ter   is   t h e n   p r o d u ce d   th o p ti m al  g ai n   w it h   i n cr ea s in g   a m p lit u d s p ec tr u m   weig h esti m ate   an d   r ed u cin g   m is m atc h   s i g n al  est i m ate.   T h co m p r ess i v s e n s in g   later   is   m o d if ied   to   p r ed ict  th i n ter ested   s i g n als   f r o m   i n co m p le te  m ea s u r e m e n ts   ( s i g n al s )   an d   r ec o v er   w i th   al m o s t   s i g n a r ec o n s tr u cti o n   f r o m   n o i s eles s   o b s er v atio n s .   O u r   in v esti g at io n   an d   ev al u atio n   o f   t h e   p r o p o s ed   alg o r ith m s   o u tp er f o r m s   t h o th er   co n v e n tio n al  al g o r it h m s   at  v ar io u s   n o i s t y p es.      ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   r esear ch   h a s   b ee n   s u p p o r ted   b y   I n ter n a tio n al   I s la m i Un i v er s i t y   Ma la y s ia   R e s ea r ch   Gr an t,   R I GS1 6 - 336 - 0 500.     RE F E R E NC E S   [1 ]   P .   C.   L o izo u ,   S p e e c h   En h a n c e m e n t:   T h e o ry   a n d   P ra c ti c e ,   CRC  P re ss ,   2 0 1 3 .   [2 ]   R.   S u d irg a ,   A   S p e e c h   En h a n c e m e n S y ste m   Ba se d   o n   S tatisti c a a n d   A c o u stic - P h o n e ti c   K n o w led g e ,   2 0 0 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I J E C E     Vo l.  7 ,   No .   4 A u g u s 2017     1 9 4 1     1 9 5 1   1950   [3 ]   N.  Up a d h y a y ,   A .   Ka r m a k a r,   S p e e c h   En h a n c e m e n u si n g   S p e c tral  S u b trac ti o n - ty p e   A lg o rit h m s:  A   Co m p a riso n   a n d   S im u latio n   S t u d y ,   Pro c e d ia   C o mp u ter   S c ien c e , v o l .   5 4 ,   p p .   5 7 4 _ 5 8 4 ,   2 0 1 5 .   [4 ]   S .   V .   V a se g h i,   A d v a n c e d   Dig it a l   S ig n a P r o c e ss in g   a n d   n o ise   R e d u c ti o n ,   Jo h n   W il e y   &   S o n s,  2 0 0 8 .   [5 ]   N.  Up a d h y a y ,   A .   Ka r m a k a r,   S in g le - Ch a n n e S p e e c h   E n h a n c e m e n u sin g   Crit ica l - Ba n d   Ra t e   S c a le  Ba se d   Im p ro v e d   M u lt i - Ba n d   S p e c tral  S u b trac ti o n ,   J o u rn a l   o f   S i g n a a n d   In f o rm a ti o n   Pro c e ss in g ,   v o l.   4 ,   n o . 3 ,     pp.   3 1 4 - 3 2 6 ,   Ju l .   2 0 1 3 .   [6 ]   M .   F o r n a sie r,   H.  Ra u h u t,   Co m p r e ss iv e   se n sin g .   In   Ha n d b o o k   o f   M a th e m a ti c a M e th o d in   I m a g in g ,   p p .   1 8 7 - 2 2 8 ,   S p rin g e Ne w   Yo rk ,   2 0 1 1 .   [7 ]   M .   Un se r,   S a m p li n g - 5 0   y e a rs   a f ter   S h a n n o n ,   P r o c e e d in g s o f   th e   IEE E,   V o l.   8 8 ,   n o .   4 ,   p p .   5 6 9 _ 5 8 7 ,   A p r.   2 0 0 0 .   [8 ]   M .   Un se r,   S a m p li n g - 5 0   y e a rs   a f ter   S h a n n o n ,   P r o c e e d in g s o f   th e   IEE E,   V o l.   8 8 ,   n o .   4 ,   p p .   5 6 9 _ 5 8 7 ,   A p r.   2 0 0 0 .   [9 ]   R.   G .   Ba ra n iu k ,   Co m p re ss iv e   S e n sin g IEE S i g n a Pr o c e ss in g   M a g a zin e ,   v o l.   2 4 ,   n o .   4 ,   J u l.   2 0 0 7 .   [1 0 ]   IT U - T ,   R. P .   8 6 2 ,   P e rc e p tu a l   Ev a lu a ti o n   o f   S p e e c h   Q u a li ty   (P E S Q):  A n   Ob jec ti v e   M e th o d   f o e n d - to - e n d   S p e e c h   Qu a li ty   A ss e ss m e n o f   n a rro w - b a n d   T e lep h o n e   Ne tw o rk a n d   S p e e c h   C o d e c s,”  I n ter n a ti o n a T e le c o mm u n ica t io n   Un io n - T e lec o mm u n ic a ti o n   st a n d a rd iza ti o n   S e c to r ,   2 0 0 1 .   [1 1 ]   J.  Be n e st y ,   S .   M a k in o ,   J.  C h e n ,   S p e e c h   E n h a n c e m e n t,   S p rin g e S c ien c e   &   Bu sin e ss   M e d ia,  M a r.   2 0 0 5 .   [1 2 ]   S .   Bo ll ,   S u p p re ss io n   o f   A c o u stic  n o ise   i n   S p e e c h   u sin g   S p e c tral  S u b t ra c ti o n ,   IEE T r a n sa c ti o n o n   Aco u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S ig n a P ro c e ss in g ,   v o l.   2 7 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 3 - 1 2 0 ,   A p r.   1 9 7 9 .   [1 3 ]   D.  W a n g ,   J.  L i m ,   T h e   U n im p o rtan c e   o f   P h a se   in   S p e e c h   E n h a n c e m e n t,   IEE T ra n sa c ti o n s o n   Ac o u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S i g n a Pr o c e ss in g , v o l.   3 0 ,   n o .   4 ,   A u g .   1 9 8 2 .   [1 4 ]   M .   Be ro u t i,   R.   S c h w a rtz,  J.  M a k h o u l,   En h a n c e m e n o S p e e c h   Co rr u p ted   b y   A c o u stic  n o ise ,   In A c o u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S ig n a P ro c e ss in g ,   I EE In ter n a t io n a Co n f e re n c e   o n   ICA S S P ' 7 9 ,   v o l.   4 ,   p p .   2 0 8 - 2 1 1 ,   A p r.   1 9 7 9 .   [1 5 ]   J.  S .   L im ,   A .   V .   Op p e n h e im ,   En h a n c e me n a n d   b a n d wid t h   C o mp re ss io n   o f   n o isy   S p e e c h ,   P r o c e e d in g o f   th e   IEE E,   V o l.   6 7 ,   n o .   1 2 ,   p p .   1 5 8 6 - 1 6 0 4 ,   De c .   1 9 7 9 .   [1 6 ]   T .   S .   G u n a w a n ,   A u d io   c o m p re ss io n   a n d   sp e e c h   e n h a n c e m e n u sin g   tem p o ra m a sk in g   m o d e ls” ,   Do c t o ra l   d isse rtatio n ,   T h e   Un iv e rsity   o f   Ne w   S o u th   W a les ,   2 0 0 7 .   [1 7 ]   N.  V irag ,   S in g le  Ch a n n e S p e e c h   E n h a n c e m e n b a se d   o n   M a sk in g   P ro p e rti e o f   th e   Hu m a n   A u d it o ry   S y ste m ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   S p e e c h   a n d   Au d i o   Pro c e ss in g ,   v o l.   7 ,   n o .   2 ,   p p . 1 2 6 - 1 3 7 ,   M a r.   1 9 9 9 .   [1 8 ]   P .   S c a lart,   S p e e c h   En h a n c e me n b a se d   o n   a   Pri o ri  S i g n a t o   n o i se   E stima ti o n ,   ICA S S P - 9 6 ,   IEE In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n ,   1 9 9 6 .   [1 9 ]   Y.  Ep h ra im ,   D.  M a lah ,   S p e e c h   En h a n c e m e n u sin g   a   M in im u m - M e a n   S q u a re   Err o S h o rt - T i m e   S p e c tral  Am p li tu d e   E stim a to r ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Aco u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S ig n a Pro c e ss in g ,   v o l.   3 2 ,   n o . 6 ,     p p .   1 1 0 9 - 1 1 2 1 ,   De c .   1 9 8 4 .   [2 0 ]   S.  Ra n g a c h a ri,   P .   C.   L o izo u ,   A   No ise - Esti m a ti o n   A lg o rit h m   f o r   Hig h ly   N on - sta ti o n a ry   En v iro n m e n ts” ,   S p e e c h   Co mm u n ica ti o n , v o l .   4 8 ,   n o .   2 ,   p p .   2 2 0 - 2 3 1 ,   F e b .   2 0 0 6 .   [2 1 ]   M.   A .   F ig u e ired o ,   R.   D.  No w a k ,   S .   J.  W ri g h t,   G ra d ien P ro jec ti o n   f o S p a rse   R e c o n stru c ti o n A p p l ica ti o n   t o   Co m p re ss e d   S e n sin g   a n d   o th e In v e rse   P ro b lem s” ,   IEE J o u rn a l   o S e lec ted   T o p ics   in   S i g n a Pro c e ss in g ,   v o l.   1 ,   n o .   4 ,   n o .   5 8 6 - 5 9 7 ,   De c .   2 0 0 7 .   [2 2 ]   E.   Ro t h a u se r,   W .   Ch a p m a n ,   N.  G u tt m a n ,   K.  No rd b y ,   H.  S il b ig e r,   G .   Urb a n e k ,   M .   W e in sto c k ,   IEE E   R ec o m m e n d e d   P ra c ti c e   f o S p e e c h   Qu a li ty   M e a su re m e n ts ,   IE EE   T ra n s.  A u d i o   El e c tro a c o u st ,   v o l.   1 7 ,   n o .   3 ,     p p .   2 2 5 - 2 4 6 ,   S e p .   1 9 9 6 .   [2 3 ]   M .   Be ro u t i,   R.   S c h w a rt z ,   J.  M a k h o u l,   En h a n c e me n o S p e e c h   Co rr u p ted   b y   A c o u stic  n o ise ,   In A c o u stics ,   S p e e c h ,   a n d   S ig n a P ro c e ss i n g ,   I EE In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   ICA S S P ' 7 9 ,   Vo l.   4 ,   p p .   2 0 8 - 2 1 1 ,   IEE E ,   A p r.   1 9 7 9 .   [2 4 ]   H.   G u sta fss o n ,   S .   E.   No rd h o lm ,   I.   Clae ss o n ,   S p e c tral  S u b trac ti o n   u sin g   re d u c e d   d e la y   Co n v o lu ti o n   a n d   A d a p ti v e   Av e ra g in g ,   IEE T ra n sa c ti o n s o n   S p e e c h   a n d   Au d io   Pro c e s sin g ,   v o l.   9 ,   n o .   8 ,   p p .   7 9 9 - 8 0 7 ,   No v .   2 0 0 1 .   [2 5 ]   F .   Ja b lo u n ,   B.   Ch a m p a g n e ,   In c o rp o ra ti n g   th e   Hu m a n   He a rin g   P r o p e rti e i n   th e   S ig n a S u b sp a c e   A p p ro a c h   f o S p e e c h   E n h a n c e m e n t ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   S p e e c h   a n d   A u d i o   P ro c e ss in g ,   v o l.   1 1 ,   n o .   6 ,   p p .   7 0 0 - 7 0 8 ,   N o v .   2 0 0 3 .   [2 6 ]   Y.  Hu   Y,  P .   C .   L o izo u ,   S p e e c h   En h a n c e m e n b a se d   o n   W a v e let   T h re sh o ld in g   th e   M u lt it a p e S p e c tru m ,   IEE E   T ra n sa c ti o n o n   S p e e c h   a n d   Au d i o   Pro c e ss in g ,   v o l.   1 2 ,   n o .   1 ,   p p .   5 9 - 6 7 ,   Ja n .   2 0 0 4 .   [2 7 ]   Y.  Hu   Y,  P .   C.   L o izo u ,   In c o rp o ra ti n g   a   P sy c h o a c o u stica M o d e in   F re q u e n c y   Do m a in   S p e e c h   En h a n c e m e n t”,  IEE S i g n a Pro c e ss in g   L e tt e rs ,   v o l.   1 1 ,   n o .   2 ,   p p .   2 7 0 - 2 7 3 ,   F e b   2 0 0 4 .   [2 8 ]   S .   S i n g h ,   M .   T rip a t h y ,   R. S .   A n a n d ,   S u b jec ti v e   a n d   O b jec ti v e   An a ly sis  o f   S p e e c h   En h a n c e m e n A l g o rit h m f o S in g le  Ch a n n e S p e e c h   P a tt e rn s   o f   In d ian   a n d   En g li sh   L a n g u a g e s ,   IET T e c h n ica Rev iew ,   v o .   3 1 ,   n o .   1 ,     p p .   3 4 - 4 6 ,   Ja n .   2 0 1 4 .   [2 9 ]   P .   Krish n a m o o rth y ,   A n   Ov e r v ie w   o f   S u b jec ti v e   a n d   Ob jec ti v e   Q u a li ty   M e a su re f o No isy   S p e e c h   En h a n c e m e n A l g o rit h m s,” IE T Tec h n ica Re v ie w ,   v o l.   2 8 ,   n o .   4 ,   p p .   2 9 2 - 3 0 1 ,   Ju l.   2 0 1 1 .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.