I nte rna t io na l J o urna l o f   I nfo rm a t ics a nd   Co m m un ica t io n T ec hn o lo g y   ( I J - I CT )   Vo l. 9 ,   No . 2 ,  Au g u s t   2020 ,   p p .   63 ~ 72   I SS N:  2252 - 8 7 7 6 ,   DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /iji ct. v 9 i2 . p p 63 - 72          63       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ict. ia esco r e. co m   Speech  enha ncem ent  using  mo di fie d   wiene r f il ter b a sed M M SE  a nd speech  prese nce proba bility  es tima tion       V .   Vij a y a s ri  B o lis et t y 1 ,   U.   Y eduk o nd a lu 2 ,   I .   Sa nti p ra bh a 3   1 De p a rtme n t  o f  El e c tro n ics   a n d   C o m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g ,   Ad i t y a   Co ll e g e   o f  E n g in e e rin g   a n d   Te c h n o l o g y ,   I n d ia   2 El e c tro n ics   &   Co m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g   De p a rtme n t,   S ri   Va sa v i  E n g i n e e rin g   Co ll e g e ,   In d ia   3 De p a rtme n t  o f  El e c tro n ics   &   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g ,   U n iv e rsity   Co ll e g e   o f   En g in e e ri n g ,   JN TUK,  In d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   6 ,   2 0 19   R ev is ed   Dec   1 2 ,   2 0 19   Acc ep ted   J an   1 2 ,   2 0 20       In   t h e   p re se n t - d a y   c o m m u n ica ti o n s  sp e e c h   si g n a ls  g e t  c o n tam in a t e d   d u e   to   v a rio u s   so rts  o f   n o ise s  th a t   d e g ra d e   th e   sp e e c h   q u a li t y   a n d   a d v e rse ly   imp a c ts   sp e e c h   re c o g n it i o n   p e rf o rm a n c e .   To   o v e rc o m e   th e se   issu e s,   a   n o v e l  a p p ro a c h   fo r  sp e e c h   e n h a n c e m e n t  u sin g   M o d if ied   Wi e n e r  fi lt e rin g   is   d e v e lo p e d   a n d   p o we r  sp e c tru m   c o m p u tatio n   is   a p p l ied   f o r  d e g ra d e d   sig n a l  to   o b tain   th e   n o ise   c h a ra c teristics   fro m   a   n o isy   sp e c tru m .   I n   n e x t  p h a se ,   M M S E   tec h n i q u e   is  a p p li e d   wh e re   G a u ss ian   d istri b u ti o n   o f  e a c h   sig n a l  i . e .   o r ig i n a l   a n d   n o is y   sig n a l   is  a n a l y z e d .   Th e   G a u ss ian   d istr ib u ti o n   p r o v i d e s  sp e c tru m   e stim a ti o n   a n d   sp e c tral  c o e fficie n t  p a ra m e ter s  wh ich   c a n   b e   u se d   fo r   p r o b a b i li stic  m o d e l   fo rm u latio n .   M o re o v e r,   a - p r io ri - S NR  c o m p u tati o n   is  a lso   i n c o r p o ra ted   fo r   c o e fficie n t  u p d a ti o n   a n d   n o ise   p r e se n c e   e stim a ti o n   wh ich   o p e ra tes   sim il a r  to   th e   c o n v e n t io n a l  VA D.  Ho we v e r,   c o n v e n ti o n a l  VA D  sc h e m e   is  b a se d   o n   t h e   h a rd   t h re sh o l d   w h ich   is   n o t  c a p a b le  to   d e ri v e   sa ti sfa c to ry   p e rfo rm a n c e   a n d   a   so ft - d e c isio n   b a se d   th re sh o ld   is  d e v e lo p e d   fo r   imp r o v i n g   th e   p e rfo rm a n c e   o f  sp e e c h   e n h a n c e m e n t.   An   e x ten s iv e   sim u latio n   stu d y   is  c a rried   o u t  u sin g   M ATLAB  sim u lati o n   to o l  o n   N OIZE US  sp e e c h   d a tab a se   a n d   a   c o m p a ra ti v e   stu d y   is  p re se n ted   wh e re   p ro p o s e d   a p p ro a c h   is  p r o v e d   b e tt e r  in   c o m p a riso n   with   e x isti n g   tec h n i q u e .   K ey w o r d s :   A - p r io r i - SNR   Gau s s ian   d is tr ib u tio n   No is e  tr ac k in g   PSD   SPP   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   V.   Vijay asri  B o lis etty ,   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Ad ity a  C o lleg e  o f   E n g in ee r in g   an d   T ec h n o l o g y ,     Ad ity a  Nag ar ,   ADB R d ,   Su r a m p alem ,   An d h r a  Pra d esh ,   5 3 3 4 3 7 ,   I n d ia.   E m ail:  v asu d h a. twee ty @ g m ai l.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     No w - a - d ay s ,   s p ee c h   co m m u n icatio n s   h av e  d r awn   d em a n d   with   th e  ad v en t  o f   d if f er e n t  b r o ad b an d   an d   m u ltime d ia  a p p licatio n s   in   r ap id   u s ag e  at  d if f er e n t  e n v ir o n m en ts .   I n   s u c h   s ce n ar i o s ,   p r eser v in g   th e  in f o r m atio n   in   s p ee ch   s ig n al   p lay s   an   im p o r tan t  r o le  wh i ch   h as  im p ac t   o n   th e  e f f icie n t  co m m u n icatio n .   Mo r eo v er ,   d u e  to   l o w - co s t  d ig ital  s ig n al  p r o ce s s o r s   an d   m e m o r y   c h ip s ,   s p ee ch   p r o ce s s in g   ap p licatio n s ,   v o ice   co m m u n icatio n   s y s tem s   an d   v o ice  r ec o g n itio n   s y s tem s   ar e   wid ely   u tili ze d   in   v ar io u s   r ea l - tim e  ap p licatio n   s ce n ar io s   [ 1 ] .   Var io u s   c o m m u n icatio n   d e v ices  also   h av e   b ee n   m an u f ac tu r e d   i.e .   m o b ile  p h o n es  an d   m ics  etc .   wh ich   ca n   b e  u s ed   f o r   in d o o r   as  well  as  o u td o o r   ap p licatio n s .   I n   th ese  en v ir o n m e n ts ,   b ac k g r o u n d   n o is e  is   p r esen t  wh ich   g ets  ac cu m u lat ed   with   th e  o r ig in al  s ig n al  r es u ltin g   d eg r a d ed   s p ee ch   q u ality   an d   it  m ay   lead   to   th e  p er f o r m an ce   d eg r a d atio n   o f   v o ice  r ec o g n itio n   s y s tem s   [ 2 ] .   I n   o u td o o r   e n v ir o n m en ts   lik e  h ea v y   tr af f ic,   b u s   ter m in als,  m alls ,   etc. ,   p r esen ce   o f   v ar io u s   ty p es  o f   b ac k g r o u n d   n o is es  co n tam in a te  th e  o r ig in al  s ig n al  th at  lea d s   to   im p r o p er   co m m u n icati o n   [ 3 ]   in   r ea l - tim e   ap p licatio n s   lik e  s p ea k e r   r ec o g n itio n   s y s tem ,   m o b ile  co m m u n icatio n ,   h ea r in g   aid s   etc.   H en ce   n o is e  is   to   b e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  9 ,   No .   2,   Au g u s t   20 20 :  63   –   7 2   64   esti m ated   an d   r ed u ce d   to   im p r o v e  th e  s p ee ch   q u ality .   Du r in g   last   d ec ad e,   v ar i o u s   en h a n ce m en t  te ch n iq u es   h av e  b ee n   p r esen ted   f o r   s p ee ch   s ig n al  en h an ce m e n t.  Su b s tan tially ,   th ese  tech n iq u es  ar e  ca teg o r ized   s in g le - ch an n el  an d   m u lti - ch a n n el  s p ee ch   en h an ce m en t.  Usu ally ,   b ac k   g r o u n d   n o is e  f ea tu r es  ca n   b e  id en tifie d   u s in g   s in g le  ch an n el  s p ee ch   e n h an c em en t  a n d   th e  ef f ec ts   o f   r ev er b er atio n   ca n   b e  r ed u ce d   th r o u g h   m u ltich an n el   s p ee ch   en h a n ce m en t.   T h o u g h ,   Mu ltich an n el   s ch em es  s h o w  s ig n if ican t  p er f o r m a n ce   f o r   s p ee ch   en h a n ce m en t   wh en   co m p ar e d   to   s in g le - ch an n el  s p ee ch   en h an ce m en t,  th e  en h an ce m e n t  is   to   b e  d o n e  th r o u g h   ea ch   m icr o p h o n e  in d iv id u ally .   Hen ce   th e  wo r k   is   co n cise to   s in g l e  ch an n el  s p ee ch   en h a n ce m en t.   T h e  s p ee ch   en h an ce m en t  alg o r ith m   aim s   to   r ec tify   th e  d am ag ed   in p u t  o r   o u t p u t  s ig n al  an d   to   in cr ea s e  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  co m m u n icatio n   lin k .   T h e   d am ag ed   s p ee ch   s ig n al  g en er ates  h u g e  tr o u b l e   m ain ly   f o r   s p ee ch   r ec o g n itio n   ap p licatio n s .   T h e  q u ality   an d   i n tellig ib ilit y   o f   s p ee ch   a r e  d a m ag ed   b y   th e  n o is e  in v o lv ed   in   th e  s p ee ch   s ig n al.   T h e  ter m   in tellig ib ilit y   d en o tes  th e  u n d er s tan d ab ilit y   o f   f i n al  o u tco m e  o f   th e   sp ee ch   s ig n al.   T h e  ac cu r ac y   o f   th e  ex ac t  co n te n t  o f   s p ee ch   s ig n al  is   ter m ed   as  q u ality .   T h e  d if f er en t  ty p es  o f   s p ee ch   en h an ce m e n t  alg o r ith m   u s ed   to   d ed u ct  n o is e  ar e  Ad ap tiv e  o r   n o n - ad a p tiv e,   f r e q u e n cy   o r   tim e  d o m ain   [ 4 ] .   O v er   th e   last   y ea r s ,   s ev er al  tech n iq u es  h av e  b ee n   p r ese n ted   f o r   s p ee ch   s ig n al  en h an c em en t  i.e .   Sp ec tr al   Su b tr ac tio n ,   W av elet  b ased   m eth o d s ,   m o d el - b ased   tech n i q u es  an d   f ilter in g   tec h n iq u es  [ 5 ,   6 ] .   Fu r th er m o r e,   s p ee ch   en h an ce m en t  tech n i q u es  ca n   b e  ca teg o r ized   as  s p ec tr al  an d   tem p o r al  p r o ce s s in g   tech n iq u es.  Acc o r d in g   to   t h e  s p ec tr al   d o m ain   p r o ce s s ,   co r r u p ted   s ig n al  is   p r o ce s s ed   th r o u g h   th e  tr an s f o r m   d o m ai n   tech n iq u e  wh e r ea s   tem p o r al  p r o ce s s in g   m eth o d   u s es  tim e - d o m ain   an aly s is   f o r   im p r o v in g   th e  q u ality   o f   th e   s p ee ch   s ig n al.   T h e  co m p lete  ar ticle  is   o r g a n i ze d   as  f o llo ws:   s ec tio n   2   p r es en ts   a  b r ief   liter atu r e  s u r v e y   a n d   r ec e n t  ad v an ce m e n ts   in   s p ee ch   en h a n ce m en t  tech n iq u es.   Sectio n   3   p r esen ts   p r o p o s ed   s p ee c h   e n h an ce m e n t  s y s tem   m o d elin g .   R esu lts   ar e  an aly z ed   an d   d is cu s s io n   is   elab o r at ed   in   s ec tio n   4 ,   f i n ally ,   co n c lu d in g   r em ar k s   a r e   p r esen ted   in   th e   s ec tio n   5 .       2.   L I T E R AT U RE   SU RVE Y   C o n v en tio n al   m u ltib an d   s p ee c h   en h an ce m en t   ac q u ir es  two   o p er atio n s :  o n e   is   s p litt in g   th e   s p ec tr u m   in to   f r e q u en c y   b an d s ,   an d   th e   o th er   is   e x ec u tin g   s p ee ch   en h an ce m en t  in   ea ch   b a n d   i n d ep e n d en tly .   T h e   p o l o - in ter ac tio n   p r o b le m   in   th e   s p ec tr al  d o m ai n   lead s   to   t h e  s u p p r ess io n   o f   f ew  co e f f icien ts   in   th e   esti m atio n   o f   clea n   s p ee ch   b y   th e   in f lu e n ce   o f   th e  f o r m a n ts   in   th e  n eig h b o r in g   b a n d s   an d   t h u s   g r ad es   in   p o o r   q u ality .   T o   r ed u ce   th e  d o m in atio n   o f   s tr o n g er   f o r m an ts   o v er   th e  n eig h b o r in g   b an d s ,   th e  ass ess m en t  o f   clea n   s p ee ch   is   d o n e  b y ,   in   th e  tem p o r al  d o m ain .   T h e  u n s u p p r ess ed   s p ee ch   is   f ilter ed   in to   v ar io u s   eq u iv alen t  r ec tan g u lar   b an d wid th   b ased   s u b b an d s   a n d   f o llo wed   b y   en h a n ce m en t  o f   s p ec tr al  s p ee ch   i n   ea ch   b an d   b ased   o n   Dis cr ete   C o s in e  T r an s f o r m   ( DC T )   u s in g   Sp ec tr al   Su b tr ac tio n /Min im u m   Me an   Sq u a r e  E r r o r   ( MM S E )   [ 7 ] .   Par k   et.   al.   [ 8 ]   d is cu s s ed   ab o u t  th e  u s e  o f   s p ee ch   en h an ce m en t  tech n iq u e  in   m o b ile  co m m u n icatio n   s y s tem s .   Au th o r s   d e v elo p e d   a n   ef f icie n t  s ch em e   f o r   n o is e  r ed u ctio n   wh ich   ca n   im p r o v e   th e  p e r f o r m an ce   o f   s p ee ch   r ec o g n itio n .   Ho wev e r ,   m o b ile  d e v ices  h av e   lim ite d   ca p ac ity   wh ich   m o tiv ates   to   d ev el o p   a  lo w  co m p lex   s ch em e  f o r   n o is e  r ed u ctio n .   I n   t h is   wo r k ,   a  s p ee ch   co d er   is   also   u tili ze d   f o r   p ac k et  d ata  esti m atio n .   I n   g en er al,   th is   wo r k   u s es  p itch   in f o r m atio n   f o r   c o m b   f ilter i n g .   Ad ap tiv e  f ilter in g   tech n iq u e  h as  a  s ig n if ican t  im p ac t  o n   th e  s p ee ch   p r o ce s s in g   s y s tem .   Ad ap tiv e  f ilter in g   h as  b ee n   u s ed   wid ely   in   th e  v ar io u s   ap p licatio n s   s u ch   as c h an n el  eq u aliza tio n ,   s y s tem   id en tific atio n   an d   ec h o   ca n ce llatio n .   Alth o u g h ,   MM S E   an d   DW T   s h o w s   im p r o v em e n t in   s p ee ch   en h a n ce m en t,  th eir   p e r f o r m an ce   is   p o o r   at  lo w  SNR   co n d itio n s   [ 9 ,   1 0 ] .     T h e  Du al  T r ee   C o m p lex   W av elet  Pack et  T r an s f o r m   ( D T C W PT)   em p lo y ed   in   [ 1 1 ]   p r o v id es  a  s o lu tio n   to   av o i d   th e  aliasin g   an d   o s cillatio n s   d u e  to   s h if t   i n v ar ian ce   in   DW T .   E v en   t h o u g h   c o m p atib ilit y   ex is ts   b etwe en   MM SE  b ased   SP P  an d   DT C W PT,   th e  lo s s   o f   in tellig ib ilit y   in   th e  r ec o n s tr u cted   s p ee ch   d u e  to   th e  f in ite  wa v elet  f ilter s .   I n   t h is   f ield ,   C h o i.   et.   al.   [ 1 2 ]   im p r o v ed   th e   ex is tin g   ad ap tiv e   f ilter in g   an d   d ev elo p ed   a  n o v el   s u b - b an d   ad ap tiv e   f ilt er .   Fu r th e r ,   th is   tech n iq u e   tak es  th e  ad v a n tag e  o f   n o r m - o p ti m izatio n   an d   n o r m   as  th e  co m p u tatio n   o f   co s t  f u n ctio n .   Au t h o r s   h a v e  claim e d   th at  th is   tech n iq u e  is   ca p a b le  to   im p r o v e  th e   s y s tem   p er f o r m a n ce   an d   r o b u s tn ess   in   im p u ls iv e  n o is e  s ce n ar io s .     T h e  o p tim ally   m o d if ie d   MM SE  b ased   lo g   Sp ec tr al  Am p li tu d e  esti m ato r   ( OM - L SA)   im p r o v es  th e   p er f o r m an ce   co m p ar ed   to   th e  MM SE  in   ca s e  o f   s tatio n ar y   a n d   s o m e  s o r t  o f   n o n - s tatio n ar y   n o is es  b u t  s h o ws  s ig n if ican tly   p o o r   p er f o r m an c e  a t  lo w  an d   h ig h   SNR   co n d itio n s   [ 1 3 ,  1 4 ] .   SMPO  b ased   MM SE  tech n iq u e  f o r   s p ee ch   en h an ce m en t  im p r o v e s   th e  PESQ  in   all  k in d s   o f   n o is y   en v ir o n m en ts .   B in ar y   m ask in g   r esu lts   g o o d   s p ee ch   q u ality   b u t   s o m etim es in tellig ib ilit y   o f   th e   s p ee ch   m a y   b e   lo s t  d u e   to   o v er   th r esh o l d s   in   m ask in g   n o is e  co ef f icien ts .   SMPO - W ein er   i s   g o in g   to   p r o v id e  b etter   s o l u tio n   in   th ese  is s u es  [ 1 5 ] .   Hen ce   co m b in atio n   o f   W ein er   f ilter   with   MM SE  b a s ed   SP P  th r o u g h   s o f t  d ec is io n   m ay   im p r o v e  th e  s p ee ch   in tellig ib ilit y   in   ad d itio n   to   s p ee ch   q u ality .   −   C h allen g es  in   Sp ee ch   E n h an c em en t:  Sp ee ch   is   co n s id er e d   a s   p o wer f u l   m o d e  o f   co m m u n i ca tio n   n o t  o n ly   f o r   h u m a n s   b u t  also   f o r   h u m a n   m ac h in e  in ter f ac e.   So m etim es  th e  s p ee ch   s ig n al  tr av els   th r o u g h   th e  n o is y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       S p ee ch   e n h a n ce men t u s in g   mo d ified   w ien er filter   b a s ed   MM S E   a n d   s p ee ch   …  ( V .   V ija ya s r i B o lis etty )   65   m ed iu m   b ef o r e   r ea ch i n g   t o   th e  lis ten er   ( r ec o g n itio n   s y s tem ) .   No w - a - d ay s ,   au t o m ated   s p e ec h   p r o ce s s in g   s y s tem s   h av e  g ain ed   lo t  o f   a ttra ctio n   f r o m   r esear c h er s   an d   h av e   b ee n   ad o p ted   wid ely   in   th e  r ea l - life   s ce n ar io s .   State - of - ar t  m o d el s   o f   au to m ated   s p ee ch   p r o c ess in g   s y s tem s   wo r k s   well  with   co n tr o lled   en v ir o n m en t  b u t  r ea l - tim e  s y s tem s   s u f f er   f r o m   v ar io u s   b a ck g r o u n d   n o is es,  r ev er b er atio n   an d   s p ee ch   f r o m   o th er   s p ea k er s ,   w h ich   c au s es  p ar tial  lo s s   o f   i n f o r m atio n   to   co m p lete  lo s s   esp ec ially   at  lo w   SNR .   No is e  r em o v al  ca n   b e  d o n e  o n ly   b y   id en tif y in g   th e  ch a r ac ter is tics   o f   th e  n o is e  th r o u g h   p r ep r o ce s s in g .   Ho wev er ,   h u g e   n u m b er   o f   r esear ch es  h av e  b ee n   ca r r ied   o u t  i n   th is   f ield   b u t   d u e   to   co m p u tatio n al  co m p lex ities ,   s p ee ch   en h a n c em en t  s till   r em ain s   a  ch allen g in g   task   as  th e  p r o ce s s   its elf   in tr o d u ce s   co m p lex ity .     −   C o n tr ib u tio n   o f   th e  wo r k .   Ma i n   co n tr ib u tio n s   o f   th is   wo r k   ar e  as f o llo ws:   a.   I n itially ,   th e  f ea tu r es  o f   th e  s p ee ch   s ig n al,   lik e  s ilen ce   is   esti m ated   f r o m   th e  n o is y   s ig n a l  s p ec tr u m   th r o u g h   Sp ee ch   Pre s en ce   Pr o b ab ilit y   ( SP P)  esti m atio n .   b.   E x tr ac tin g   th e  n o is e  ch ar ac ter i s tics   f r o m   th e  s ilen ce .   c.   Fin ally ,   MM SE  ( No is e  T r ac k er )   b ased   n o is e  p o wer   esti m a tio n   to   s u p p r ess   th e  n o is y   s ig n al  u s in g   n o is e  p o wer   tr ac k in g   s ch em e .       3.   SI NG L E - CH ANN E L   SPE E CH   E NH ANC E M E N T     Ass u m in g   th at  th e  m ajo r ity   o f   th e  tr an s m is s io n   n o is e  is   ad d i tiv e,   th e  s p ee ch   en h an ce m en t f o r   s in g le - ch an n el  is   r ep r esen te d   in   ( 1 ) ,     ( ) = ( ) + ( )   ( 1 )     wh er e   x( n ) ,   d ( n ) ,   y( n )   co r r esp o n d s   to   s p ee ch ,   n o is e  an d   n o is y   s p ee ch   s ig n als  an d   n   in d i ca tes  d is cr ete  tim e   in d ex .   B o th   x( n )   an d   d ( n )   ar e  i n d ep en d en t  with   ze r o   m ea n   v a lu e.   T h e  b lo ck   d iag r am   o f   s in g le  ch an n el  s p ee ch   en h an ce m e n t  is   r ep r esen ted   i n   Fig u r e  1 .   T o   esti m ate  th e  c lean   s p ee ch   s ig n al  x ( n ) ,   th e  n o is y   s ig n al  y( n )   is   p r o ce s s ed   u s in g   s p ee ch   en h a n ce m en t a lg o r ith m s .             Fig u r e  1 .   Gen e r al  Sp ee ch   E n h an ce m en t Sy s tem s       An   an aly s is   o f   s p ee ch   en h an c em en t  m eth o d   f o r   a  n o is y   s p ee ch   s ig n al  y( n )   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  2 .   I n itially ,   th e  n o is y   s ig n al  is   s eg m en ted   in to   o v e r lap p in g   f r am es,  th en   tr an s f o r m ed   in t o   f r eq u en cy   d o m ain   u s in g   DFT  o r   STFT .   T o   ac h iev e  g o o d   q u ality   o f   s p ee c h   s ig n al,   DFT  tech n iq u e  is   ap p lied   as  it  ea s ily   u n d er s tan d s   th e  s p ec tr al  c o n te n t o f   th e  s ig n al.             Fig u r e  2 .   An al y s is   –   s y n th esis   o f   a  n o is y   s p ee ch   s ig n al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  9 ,   No .   2,   Au g u s t   20 20 :  63   –   7 2   66   Prio r   to   th e  s p ee c h   e n h an ce m en t  tech n i q u e,   th e   n o is e  c h ar ac ter is tics   ca n   b e   id en tifi ed   b y   th e   s tatis t ical  m o d el.   T h e  g ain   v al u es a r e  ca lcu lated   b ased   o n   th e  f ea tu r es e x tr ac ted   f r o m   t h e  o r ig in al  in p u t so   t h at  an   u p g r ad ed   s p ee ch   s ig n al  is   ac q u ir ed .   T h e  tar g e t  ev alu at io n   ca n   b e   m ad e  th r o u g h   th e  p o wer   s p ec tr u m   d en s ity   o f   th e   n o is y   s p ee ch   s eg m en ts   an d   n o is e.   T h is   h elp s   t o   g en er ate  t h e  g ain   c o ef f icien t s   o f   th e  s ig n als.    W ien er   f ilter in g   h elp s   to   r ed u ce   th e  Me an   Sq u ar e  E r r o r   ( MSE )   am o n g   th e  ac tu al  s ig n al  an d   th e   e s tim ated   s ig n al  an d   to   b o o s t  u p   th e  o r ig in al  s ig n al  f r o m   th e  n o is y   s ig n al.   Similar l y ,   th e  n o is e  ca n   b e   m in im ized   th r o u g h   h ar d   o r   s o f t  th r esh o ld in g .   So m etim es  t h e  im p o r tan t  c o m p o n en ts   o f   th e  o r ig i n al  s p ee ch   m ig h t b e  lo s t d u e  to   o v er   th r esh o ld in g .         3 . 1 .   M o dified  wiener   f ilte rin g   t ec hn iqu e     T h e  ad v an ta g e  o f   th e  m o d if ie d   ad ap tiv e  wien er   f ilter   is   th at   th e  s p ee ch   s ig n al  is   p r o ce s s ed   th r o u g h   f ilter   b y   v ar y in g   lo ca l  s tatis tics   s u ch   as  m ea n ,   v a r ian ce .   Her e,   th e   m ea n   v alu e   o f   th e  a d d itiv e  n o is e  d ( n )   is   co n s id er ed   to   b e  ze r o   an d   h o ld s   a  wh ite   n atu r e   with   v ar ia n ce   σ d 2 .   T h u s ,   th e  p o wer   s p e ctr u m   P d ( ω )   ca n   b e  ex p r ess ed   in   ( 2 ) ,     ( ) =     2   ( 2 )     Her e  th e  s eg m en ted   s p ee c h   s ig n al  x j ( n )   is   tr ea ted   as st atio n ar y   an d   th u s   ca n   b e  m o d eled   b y   ( 3 ) ,     ( ) =    +  ( )   ( 3 )     wh er e   m xj   is   th e  lo ca l  m ea n   an d   σ xj   is   th e  s tan d ar d   d ev iatio n   o f   x j ( n ) .   w ( n )   is   a  u n it  v ar ian c e  n o is e  with   a  ze r o   m ea n .   Fo r   co n v e n ien ce   x j   is   r ep r esen ted   as  x ,   th e  m ea n   o f   th e  o r ig in al  s ig n al  m s   is   eq u al  to   av er ag e  m ea n   v alu e  o f   all  th e   j   f r am es,  m x .   T h e  W ien er   f ilter   tr an s f er   f u n cti o n   ca n   b e  esti m ated   b y   ( 4 ) ,     ( ) = ( ) ( ) + ( ) = 2 2 + 2   ( 4 )     T h e  im p u ls e  r esp o n s e  o f   th e  wien er   f ilter   ca n   b e  ac h iev ed   b y   ap p ly in g   I n v e r s e  T r an s f o r m atio n   to   H( ω )   an d   is   g i v en   in   ( 5 ) ,     ℎ ( ) = 2 2 + 2 ( )   ( 5 )     As  th e  m x   an d   σ x   ar e   u p d ated   at  ea ch   s am p le,   th e   s p ee ch   s ig n al  ca n   b e  esti m ated   f r o m   ( 6 ) ,   an d   is   d en o ted   as  ̂ ( n )   .     ^ ( ) = ( ) + 2 ( ) 2 ( ) + 2 ( ( ) − ( ) )   ( 6 )     No w  esti m atin g   an d   tr ac k in g   th e  n o is e  f r am es  in   th e   n o is y   s ig n al  is   th e   cr u cial   task   in   th e  p r o ce s s   o f   s p ee ch   en h an ce m e n t.  Usu ally ,   th e  v o ice  ac tiv ity   d etec to r   is   em p lo y ed   f o r   f in d in g   th e  p r esen ce   o f   n o is e.   B u t   in   th is   W ein er   f ilter in g   m eth o d ,   f r am e  e n er g y   is   s y n ch r o n ized   with   th e  m in im u m   f r am e  en er g y .   Min im u m   en er g y   v ar iatio n   is   d ir ec tly   p r o p o r tio n al  to   th e  s ig n al  co n d it io n s .   T h er ef o r e,   b y   u s in g   s m o o th ed   3 2   p o in ts   o f   th e  s p ec tr u m   t h e  s p ec tr al  d e v ian ce   is   ca lcu lated .   T o   g ain   n o is e  s p ec tr u m   th ese  p o in ts   ar e  v er if ied   an d   u p g r a d ed   a d d itio n ally .   T h en   t h e  lev el  o f   en er g y   is   f ix e d   to   1 0 d B .   So   b y   an aly zi n g   th e   en er g y   lev el  w h ich   is   m o r e  th an   1 0   d B   an d   R MS  lev el  m o r e  th an   8   d B ,   th e  p r ese n ce   o f   s p ee ch   ca n   b e  id en tifie d .   W h en   th er e  is   n o   av ailab ilit y   o f   s p ee ch   th is   n o is e  s p ec tr u m   N ( ω , m)   ca n   b e  m e asu r ed   f o r   v ar ied   tim e  s am p les .   T h e  u ltima te  p lan   is   to   im p lem en t   MM SE  b ase d   n o is e  p o wer   esti m atio n   tec h n iq u e.   I n   th is   p r o ce s s ,   s p ee c h   &   n o is e  s p ec tr al   co ef f icien ts   h av e  c o m p lex   Gau s s ian   d is tr ib u tio n   wh ich   ca n   b e  ex p r ess ed   in   ( 7 ) .     ( ) = 1 2  ( − | | 2 2 )   ( 7 )     Hen ce ,   th e  n o is y   p o wer   s p ec tr al  co ef f icien ts   ca n   b e   ex p r ess e d   as g iv en   in   ( 8 ) .     ( ) = 1 2 ( 1 + )  ( − | | 2 2 ( 1 + ) )   ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       S p ee ch   e n h a n ce men t u s in g   mo d ified   w ien er filter   b a s ed   MM S E   a n d   s p ee ch   …  ( V .   V ija ya s r i B o lis etty )   67   3 . 2 .   No is e  P SD e s t im a t i o n a nd   t ra ck ing   T h e  n o is e  is   r ep r esen te d   as  =  an d   =   .   Sp ec tr al  co ef f icien ts   ca n   b e  tr an s f o r m e d   in to   p o lar   co o r d in ates u s in g   ( 9 ) .     , ( , ) = 1 2  ( − 2 2 )   ( 9 )     Pro b ab ilit y   d is tr ib u tio n   | , ( | ( , ) )   o f   s ig n al  is   g iv en   in   ( 1 0 ) .     | , ( | , ) = 1 2  ( 2   ( − ) − 2 − 2 2 )   ( 1 0 )     I n   th e   MM SE  m et h o d   th er e  ar e   s ev er al  n o is e  p o wer   esti m ato r s   p r esen t  in   th e   n o is y   s ig n al   p er io d o g r am   esti m atio n .   L et   u s   co n s id er   a  p r i o r i   SNR   ξ  an d   esti m ated   n o is e  p o we r   is   2 .   T h e  n o is e  p er io d o g r am   ca n   b e  o b tain ed   in   ( 1 1 ) .     | ̂ | 2 = ( | | 2 ) = ( 1 1 + ̂ ) | | 2 + ̂ 1 + ̂ ̂ 2   ( 1 1 )     Fro m   th e  ( 11 )   it  is   id en tifie d   th at  th e  n o is e  p er i o d o g r am   ca n   b e  g ain ed .   B u t  h er e   th e  s ig n al  g ets   alter ed   f r o m   tim e  to   ti m e,   th e r ef o r e  t h e  s p ec tr al  d e n s ity   h as  to   b e  r ev is ed   f r e q u en tly .   T o   u p d ate  th e   s p ec tr al   d en s ity   p ar am eter s   th e  r ec u r s i v e  s m o o th in g   is   ap p lied   as sh o wn   in   ( 1 2 ) .     ̂ 2 ( ) = ̂ 2 ( − 1 ) + ( 1 − ) | ( ) | 2   ( 1 2 )     W h er e  α   =   0 . 0 .   W h en e v er   ξ   <   1 ,   th e  n o is e  p er i o d o g r am   is   u p d ated .   I n   th e  s am e   way   b y   v er if y in g   a  p r io r i  SNR   f ac to r s   th e   s p ec tr al  n o is e  p o wer   is   im p r o v ed .   Hen ce   th e  s u m   o f   t h e  o b s er v ed   n o is y   s ig n al   an d   p r ev io u s   esti m atio n   o f   s p ec tr al  n o is e  p o wer   ̂ 2   is   r ep r esen ted   b y   MM SE.   Fro m   th is   esti m atio n   th e   p r io r i   SNR   v alu e  is   o b tain ed   wh ich   i s   in   b etwe en   0   an d   1 .   I n   A  p r i o r i SNR   ca n   b e  o b tain e d   b y   f o llo win g   ( 1 3 ) .     ̂ =  ( 0 , ̂  ) =  ( 0 , ̂ − 1 )   ( 1 3 )     wh er e  ml   d en o tes  m a x im u m   lik elih o o d   co m p u tatio n   an d ̂ ( ) = | ( ) | 2 2 ( − 1 ) .   T h e  ( 1 3 )   is   u n b ias  in   n atu r e.   He n ce ,   a  p r io r i  SNR   in f o r m atio n   is   n o t   k n o wn .   So ,   th e  esti m atio n   o f   th is   u n k n o wn   SNR   ca n   g en e r ate   ab ias  f ac to r   as   ex p r ess ed   in   ( 1 4 ) .     − 1 ( ) = ( ( 1 + ) ( 2 , 1 1 + ) + − 1 1 + )   ( 1 4 )     wh er e    r ep r esen ts   in co m p lete  g am m a  f u n ctio n .   Acc o r d in g   t o   th e  n atu r e  o f   a  p r io r i  SNR ,   esti m ato r   E ( |d | 2 x)   v alu e  is   u n b iased   wh e r ea s   f o r   lo w  SNR   v alu es it is u n d er - b i ased .     3 . 3 .   So f t – decisi o n t ec hn iqu e  f o r  no is e  presence  estim a t io n   Sp ee ch   p r esen ce   o r   ab s en ce   is   to   b e  id e n tifie d ,   to   id en tify   th e  n o is e  ch ar ac ter is tics .   Gen er a lly ,   n o is e  ch ar ac ter is tics   ca n   b e  o b tain ed   wh en   th e  s p ee ch   is   ab s en t.  T h e  s p ee ch   o r   s ilen ce   p ar t  class if icatio n   ca n   b e   d o n e  b y   ( 1 5 ) .     | ̂ ( ) | 2 = ( | ̂ ( ) | 2 ( ) ) = { ̂ 2 ( − 1 ) ,  ̂ ( ) ≥ 1 | ( ) | 2 , ̂ ( ) < 1     ( 1 5 )     Ho wev er ,   p r o p o s ed   m o d el  u tili ze s   s o f t  d ec is io n - b ased   f r am ewo r k   f o r   n o is e  esti m ati o n   in   th e  p r esen ce   o r   ab s en ce   o f   s p ee ch .   T h e   p r o b ab ilit y   o f   s p ee c h   p r esen ce   o r   ab s en ce   ca n   b e  e s tim ated   f r o m   ( 1 6 )     an d   ( 1 7 ) .       ( 1 | ) | | ( 1 | ) > > | ( 0 | ) = 1   ( 1 6 )     ( 1 | ) | | ( 1 | ) < < | ( 0 | ) = 0   ( 1 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  9 ,   No .   2,   Au g u s t   20 20 :  63   –   7 2   68   wh er e,     | 0 ( ) = 1 ( ) − 1  ( −  )   ( 1 8 )     | 1 ( ) = 1 ( ) ( 1 + 1 ) − 1  ( − 1 + 1 )   ( 1 9 )     T h e  ( 1 8 )   an d   ( 1 9 )   d escr ib es  s p ee ch   p r esen ce   an d   s p ee ch   a b s en ce   r esp ec tiv ely .   No is e  p er io d o g r am   u n d er   s p ee ch   p r esen ce   co n d itio n s   ca n   b e  ex p r ess ed   in   ( 2 0 ) .   Fo r   f u r th er   im p r o v em en t  ch i - s q u ar e  d is tr ib u tio n - b ased   h y p o th esis   an aly s is   ca n   b e  ap p lied .     ( | ̂ ( ) | 2 | ) = ( 0 | ) ( | ̂ ( ) | 2 | , 0 ) + ( 1 | ) ( | | 2 | , 1 )   (2 0)     T h er e  ar e   two   im p o r ta n t  co m p o n e n ts   to   b e   co n s id er ed   in   esti m atin g   s p ee ch   p r esen ce   p r o b ab ilit y   u s in g   ch i - s q u ar e  a p p r o x im ati o n :  o b s er v atio n   s eq u en ce   an d   esti m ated   n o is e  v ar ian ce   as  s h o wn   in   ( 2 2 ) .   Sp ec tr al  co m p o n en t   co m p u tat io n   is   ap p lied   r esu ltin g   i n   o b s er v atio n   s eq u e n ce   a n d   esti m ated   n o is e   v ar ian ce   g en er atio n   w h er e  to tal  N  n u m b er   o f   f r eq u en cy   b in s   is   co n s id er ed   g i v en   in   ( 2 1 ) .     = [ 1 , 2 , . . . , , . . . , ]   ( 2 1 )   = [ 1 , 2 , . . . , , . . . , ]       I n   n ex t   p h ase,   c h i - s q u ar e  ca lc u latio n   is   ap p lied   f o r   t h ese  f r e q u en cy   b in s   an d   th e  c h i - s q u ar e  s tatis tic   is   g iv en   b y   ( 2 2 ) .     2 = ∑ ( − ) 2 = 1   ( 2 2 )     T h r o u g h   th e  c h i - s q u ar e   ca lcu latio n   th e  o b tain ed   v alu e  is   co m p ar ed   with   th e  th r esh o ld   p ar am eter   wh er e  ( N - 1 )   to tal  d eg r ee s   o f   f r eq u en cy   b in s   ar e  a v ailab le .    Co nd it io n:   If  ( N s 2 >Th ) //   th r esh o ld   v alu e  i s   d en o ted   b y   Th   I ( λ, k) =1   // a cc ep t c o n d itio n   H 1   E ls e    I ( λ, k) =0   // a cc ep t c o n d itio n   H 0   E n d       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  n o is e  ch ar ac ter is tics   ar e  esti m ated   f r o m   th e  n o is y   s p ee ch   s ig n al  d u r in g   th e  ab s en ce   o f   s p ee ch   an d   th e  s p ee ch   clea r n ess   is   d eter m in ed   f r o m   Per f o r m a n ce   E v alu atio n   o f   Sp ee ch   Qu ality   ( PESQ)   an d   s eg m en ted   SNR   ( s eg SNR ) .   I n   th e  asp ec t  o f   m o b ile  a p p licatio n ,   a  s am p le - r ate  o f   1 6   KHz ,   8 KHz   T I MI T   d at a   b ase  s ig n als  ar e  u s ed   as  in p u t  to   m e asu r e  th e   q u ality   o f   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m .   I n itially ,   th e  s ig n als  ar e  T F - d ec o m p o s ed   an d   Han n - win d o wed   f r am es  with   a  len g th   o f   2 5 6   s am p les.  B u t  to   ca lcu late  th e  o b jectiv e  in tellig ib ilit y ,   ea ch   f r am e  is   ze r o - p a d d ed   u p   to   5 1 2   s am p les.  As  th e  PESQ  is   h ig h ly   co r r elate d   with   th e  s u b jectiv e  m ea s u r es,  it  is   r ec o m m en d e d   b y   I T U - T   f o r   m ea s u r in g   th e  p e r f o r m an ce   o f   th e  p r o ce s s in g   tech n iq u e.   T h e  s im u latio n   h as b ee n   d o n e  in   MA T L AB   2 0 1 3 b   to o l.    T h e  n o is y   s ig n als  s u ch   as  b ab b le,   air p o r t,  ca r ,   tr ain   n o is e  ar e   ch o s en   at  d if f e r en t  SNR   0 d B ,   5   d B ,   1 0   d B   with   3 0   s am p les  o f   m ale   an d   f em ale  s p ea k er s   f r o m   NOI Z E US  d atab ase  ar e  ch o s en   f o r   p er f o r m a n ce   ev alu atio n   o f   t h e  p r o p o s ed   t ec h n iq u e.   B y   u s in g   t h e  o v e r lap - an d - ad d   p r o ce d u r e  th e  s ig n al  is   s y n th esized .   Gen er al  s im u latio n   p a r am eter s   lik e  d o wn - s am p lin g ,   Nu m b er   o f   FF T   p o in ts ,   win d o w  le n g th   a n d   win d o w  o v er lap   a r e  d escr ib ed   in   T ab le   1 .         T ab le  1 .   s im u latio n   p ar am eter s   co n s id er ed   S i mu l a t i o n   P a r me t e r   N a me   S i mu l a t i o n   P a r a m e t e r   V l a u e   S i g n a l   D o w n sa mp l i n g   8   k H z   N F F T   2 ^ 1 4   W i n d o w   Le n g t h ( ms)   3 2   ms   W i n d o w   o v e r l a p   1 6   ms   N u mb e r   o f   a v e r a g i n g   w i n d o w   10   P S D   ( P o w e r   S p e c t r a l   d e n s i t y )   e st i ma t i o n   p a r a met e r   0 . 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       S p ee ch   e n h a n ce men t u s in g   mo d ified   w ien er filter   b a s ed   MM S E   a n d   s p ee ch   …  ( V .   V ija ya s r i B o lis etty )   69           Fig u r e  3 .   Or ig i n al  s p ee ch   s ig n al         Fig u r e  4 .   No is y   s ig n al           Fig u r e  5 .   Po wer   s p ec tr a     Fig u r e  6 .   Fil ter ed   Sig n al  a n d   n o is e  s u p p r ess ed   s ig n al       T ab le  2 .   C o m p a r ativ e  p er f o r m an ce   f o r   b ab b le  n o is e   I n p u t   S N R   P a r a me t e r   N a me   OM - LSA   [ 1 3 ]   S M P O   [ 1 1 ]   M M S E - SPP  [ 1 0 ]   B W T  [ 1 6 ]   W a v e l e t   P a c k e t   [ 1 1 ]   P r o p o se d   0   d B   P ESQ   2 . 0 6   2 . 0 1   2 . 0 8   2 . 2 5   2 . 1 1   2 . 3 7   seg S N R   3 . 6 2   4 . 0 0   2 . 2 2   0 . 9 6   5 . 2 5   5 . 5 1   5   d B   P ESQ   2 . 4 2   2 . 3 8   2 . 4 7   2 . 2 9   2 . 4 4   2 . 5 2   seg S N R   3 . 5 9   3 . 6 2   1 . 5 0   2 . 5 5   4 . 6 5   4 . 7 3   1 0   d B   P ESQ   2 . 8 6   2 . 8 3   2 . 8 7   2 . 5 0   2 . 8 7   2 . 9 9   seg S N R   3 . 1 0   4 . 1 1   0 . 7 6   3 . 2 7   4 . 2 3   4 . 7       T h e  o r ig in al  s p ee ch ,   n o is y   s ig n als  ar e  co n s id er ed   f o r   s im u la tio n   in   . wav   f o r m   an d   is   r ep r e s en ted   in   Fig u r e  3   an d   Fig u r e  4   r esp ec tiv ely .   T h r o u g h   th ese  d iag r a m m atica l  p r esen tatio n s   th e  p r esen ce   an d   ab s en ce   ca n   b e   id en tifie d .   T h e  p r o b a b ilit y   d is tr ib u tio n   u tili ze s   th e   p h ase  a n aly s is   m eth o d   an d   Fig u r e  5 .   s h o ws  th e   Po wer   s p ec tr a  o f   o r ig i n al,   n o i s y   s ig n als.  Fin ally ,   f ilter ed   an d   n o is e  s u p p r ess ed   s ig n al  an a ly s is   is   r ep r esen ted   in   Fig u r e  6 .   T h e  p r o p o s ed   m o d el  is   co m p ar ed   with   th e  o th e r   ex is tin g   s tate  o f   ar t  ( Pen g f ei  Su n ,   J u n   Qin   [ 1 1 ] ) .   PESQ  an d   s eg SN R   ar e  th e  c h ar ac ter is tics   f ea tu r es  wh ich   ar e  u s ed   to   ev alu ate  th e  p r o c ess in g   ap p r o ac h .   B y   v ar y in g   th e   n o is y   i n p u t   SNR   v alu es  f r o m   0 d B   to   1 0 d B   th e   av er ag e  v alu es  o f   PESQ  an d   s eg SNR   v alu es  ar e  r ep r esen ted   in   th e  tab le  f o r   all  s am p les.  T h e  No izeu s   d atab ase  with   3 0   s p ea k er s   in   ea ch   s et  co n tain s   b ab b le  n o is e,   air p o r t  n o is e,   ca r   n o is e  an d   tr ain   n o is e  wh ich   is   also   t r ea ted   as  im p o r ta n t  ch ar ac ter i s tics   to   id en tify   th e   p er f o r m an ce   o f   th e  m eth o d .   T h e  T ab le  2 ,   T a b le  3 ,   T a b le  4 ,   an d   T ab le  5   d escr ib e  th e  p er f o r m an ce   an aly s is   f o r   b ab b le,   air p o r t,  ca r   an d   tr ain   n o is es r esp ec tiv ely .     T h e  ca lcu lated   PESQ  an d   s e g m en tal  SNR   ar e  r elate d   with   b en c h m ar k   alg o r ith m s   to   e s t im ate  th e  ef f icien cy   o f   th e  s y s tem .   I n   ter m s   o f   b ab b le  a n d   tr ain   n o is es  o f   0 d B ,   5 d B   an d   1 0   d B   SNR   s ig n als  o f   ex is tin g   s tate - of - ar t  m eth o d   th e  p r o p o s ed   m eth o d   ac h iev es  e n h an ce d   r esu lts   b y   m ea n s   o f   b ab b le  an d   tr ain   n o is es  0 d B ,   5 d B   an d   1 0   d B   SNR   s ig n als.   Als o ,   b etter   r esu lts   ar e  o b tain ed   in   p r esen ce   o f   air p o r t  an d   ca r   n o is es  f o r   all  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  9 ,   No .   2,   Au g u s t   20 20 :  63   –   7 2   70   s ig n als  wh ich   ar e   s h o wn   in   T a b le  3   an d   4 .   Fro m   th e   r esu lts   i t  is   clea r ly   i d en tifie d   th at  n o is e  d etec tio n   is   m o r e   ef f icien t  th an   t h e  o th e r   ex is tin g   ap p r o ac h es.  T h e  s tatio n ar y   n o is e  is   r ec o g n ized   ea s ily   wh er ea s   in   s o m e  ca s e  th e  n o n - s tatio n ar y   n o is e  lik e  b ab b le   n o is e  an d   tr ain   n o is e  tr ac k ed   with   t h e  h elp   o f   s o f t   d ec is io n     b ased   esti m atio n .         T ab le  3 .   C o m p a r ativ e  p er f o r m an ce   f o r   air p o r t n o is e   I n p u t   S N R   P a r a me t e r   N a me   OM - LSA   [ 1 3 ]   S M P O   [ 1 1 ]   M M S E - SPP  [ 1 0 ]   B W T  [ 1 6 ]   W a v e l e t   P a c k e t   [ 1 1 ]   P r o p o se d   0   d B   P ESQ   2 . 1 3   1 . 9 8   2 . 1 3   2 . 1 0   2 . 2 2   2 . 3 5   seg S N R   3 . 3 4   4 . 7 1   4 . 4 5   1 . 0 7   5 . 1 5   5 . 3 6   5   d B   P ESQ   2 . 7 8   2 . 5 8   2 . 7 2   2 . 4 1   2 . 7 2   2 . 7   seg S N R   2 . 1 0   4 . 1 2   3 . 6 7   2 . 7 1   4 . 9 1   4 . 8 6   1 0   d B   P ESQ   2 . 8 8   2 . 8 0   2 . 7 9   2 . 6 5   2 . 8 6   2 . 9 8   seg S N R   1 . 1 0   3 . 7 1   2 . 9 6   2 . 8 2   4 . 3 0   4 . 3 6       T ab le  4 .   C o m p a r ativ e  p er f o r m an ce   f o r   ca r   n o is e   I n p u t   S N R   P a r a me t e r   N a me   OM - LSA   [ 1 3 ]   S M P O   [ 1 1 ]   M M S E - SPP  [ 1 0 ]   B W T  [ 1 6 ]   W a v e l e t   P a c k e t   [ 11 ]   P r o p o se d   0   d B   P ESQ   2 . 3 9   2 . 1 9   2 . 2 5   2 . 2 2   2 . 2 7   2 . 3 6   seg S N R   4 . 7 8   5 . 4 3   5 . 5   2 . 8 6   6 . 0 3   5 . 5   5   d B   P ESQ   2 . 5 9   2 . 5 4   2 . 6 4   2 . 2 6   2 . 7 1   2 . 6 9   seg S N R   3 . 4 8   5 . 1 2   4 . 9 6   3 . 6 9   5 . 5 2   4 . 8 9   1 0   d B   P ESQ   2 . 9 0   2 . 8 9   2 . 9 2   2 . 7 0   2 . 8 8   2 . 9 5   seg S N R   1 . 4 5   4 . 1 2   4 . 6 4   4 . 7 8   4 . 9 0   4 . 7 7       T ab le  5 .   C o m p a r ativ e  p er f o r m an ce   f o r   tr ain   n o is e   I n p u t   S N R   P a r a me t e r   N a me   OM - LSA   [ 1 3 ]   S M P O   [ 11 ]   M M S E - SPP  [ 1 0 ]   B W T  [ 1 6 ]   W a v e l e t   P a c k e t   [ 11 ]   P r o p o se d   0   d B   P ESQ   2 . 1 5   2 . 1 7   2 . 0 7   2 . 0 8   2 . 2 6   2 . 2 9   seg S N R   4 . 8 5   3 . 8 4   4 . 7 7   3 . 4 5   4 . 9 0   5 . 5 0   5   d B   P ESQ   2 . 5 1   2 . 2 2   2 . 4 8   2 . 2 8   2 . 5 3   2 . 5 9   seg S N R   4 . 5   2 . 4 3   4 . 2 8   3 . 8 9   4 . 0 6   4 . 7 9   1 0   d B   P ESQ   2 . 7 5   2 . 6 7   2 . 7 6   2 . 5 9   2 . 8 9   2 . 9 4   seg S N R   4 . 0 6   1 . 0 7   3 . 7 1   3 . 5   3 . 6 4   4 . 4 7       T h e  Fig u r e  7 ,   Fig u r e  8 ,   Fig u r e  9 ,   Fig u r e  1 0   s h o ws  th at  co m p ar ativ e  an aly s is   r ep r esen tatio n   o f   p r o p o s ed   ap p r o a ch   in   ter m s   o f   PESQ  f o r   b ab b le,   air p o r t,  ca r   an d   tr ain   n o is es  f o r   0   d B ,   5   d B   an d   1 0   d B   s ig n als,  co n s id er in g   t h e  f iv e   s tates  o f   ar t  tech n iq u es.  T h e  P E SQ  m ea s u r em en t  an d   im p r o v em en t  in   t h e  T ab le   2 ,   3 ,   4   an d   5   s h o ws  th at  p r o p o s ed   m eth o d   d ev elo p s   th e  q u ality   o f   th e  en h an ce d   s ig n al   at  a  r ate  o f   7 . 7 6 %  av er ag e  im p r o v em e n t f o r   0   d B ,   2 . 6 5 % im p r o v em e n t f o r   5   d B   an d   f in ally   3 . 7 8 % im p r o v e m en t is m ar k ed   at  1 0   d B   SNR   s ig n als.           Fig u r e  7 .   PESQ  p er f o r m a n ce   an aly s is   f o r   b ab b le  n o is e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l   I SS N:  2252 - 8 7 7 6       S p ee ch   e n h a n ce men t u s in g   mo d ified   w ien er filter   b a s ed   MM S E   a n d   s p ee ch   …  ( V .   V ija ya s r i B o lis etty )   71       Fig u r e  8 .   PESQ  p er f o r m a n ce   an aly s is   f o r   air p o r t n o is e             Fig u r e  9 .   PESQ  p er f o r m a n ce   an aly s is   f o r   ca r   n o is e     Fig u r e  1 0 .   PESQ  p er f o r m an ce   an aly s is   f o r   tr ain   n o is e       5.   CO NCLU SI O N   T h e  o b jectiv e  in tellig ib ilit y   m ea s u r ed   f o r   v ar i o u s   v o iced   an d   u n v o ice d   s ig n als  is   f o u n d   to   b e  b etter   in   th e  p r o p o s ed   m eth o d .   W ien er   f ilter in g   is   im p lem en ted   alo n g   with   s p ec tr al  co ef f icien t,  an d   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   m o d els,  to   im p r o v e  th e  p er f o r m an ce   o f   s p ee ch   q u ality   in   ter m s   o f   PESQ  an d   s eg SNR .   W h ile   ex tr ac tin g   th e  n o is e  ch ar ac ter is tics   p h ase  co ef f icien ts   ar e  p r eser v ed   an d   r eu s ed   af ter   t h e  r ec o n s tr u ctio n .   I t  p er f o r m s   b etter   in   ca s e  o f   l o w  SNR   wh er e  n o is e  p o wer   is   ca lcu lated   lo ca lly .   Fu r th er m o r e,   SP P  i s   also   u s ed   to   m ak e  a  s o f t - d ec is io n   i n   d etec tin g   th e  n o is e  s tatis tics   in   th e  ab s en ce   o f   th e   s p ee ch   an d   MM SE  b ased   n o is e   tr ac k in g   is   u s ed   in   th e  s p ee c h   p r esen ce .   T h is   g iv es  b etter   n o is e  esti m atio n   an d   im p r o v es  th e  p er f o r m a n ce   at  h ig h   SNR .   Fin ally ,   r ec u r s iv e  s m o o th in g   is   ap p lied   r es u ltin g   in   th e  ef f icien t  s in g l e - ch an n el   s p ee ch   en h an ce m e n t.  T h e  s p ee c h   en h an ce m en t  u s in g   ad ap tiv e  f ilter in g   m ay   r ed u ce   th e  ce p s tr al  s m o o th in g ,   also   ec h o   ca n ce latio n   an d   im p r o v e  th e  r esu lts   f u r th er .   T h e  r esu lts   in d icate   th at  th e  p r o p o s ed   wo r k   is   im p r o v in g   th e   s p ee ch   q u ality   at  0   d B ,   5   d B   an d   1 0   d B   an d   s tan d s   m o s tly   g o o d ,   an d   c o m p ar ativ e  i n   s o m e  p ar ticu lar   ca s es.  Sp ee ch   in tellig ib ilit y   is   also   g o o d   ac c o r d in g   to   th e  Me an   Op in io n   Sco r e  ( MO S)  o f   t h e  s u b jects.  Als o ,   it   im p r o v es  th e   q u ality   o f   th e  lo wer   en er g y   co n ce n tr ated   s ig n a ls   ef f icien tly   wh en   co m p a r ed   t o   th e  o th er   s tate  o f   ar t te ch n iq u es.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 7 6   I n t J I n f   &   C o m m u n   T ec h n o l ,  Vo l.  9 ,   No .   2,   Au g u s t   20 20 :  63   –   7 2   72   RE F E R E NC E S   [1 ]   R.   E.   Ka lma n ,   “ A   Ne w  Ap p r o a c h   t o   Li n e a r  F il terin g   a n d   P re d i c ti o n   P ro b lem s,”   J o u rn a l  o f   Ba s ic  En g in e e rin g ,  v o l. 8 2 ,   n o . 1 ,   p p .   3 5 - 4 5 ,   1 9 6 0 .   [2 ]   Bo ll ,   S .   F ,   “ S u p p re ss io n   o f  a c o u stic  n o ise   in   sp e e c h   u sin g   sp e c tr a l  su b trac ti o n , ”   IEE E   Tran 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 l  P ro c e ss in g ,   p p .   1 1 3 – 1 2 0 ,   1 9 7 9 .   [3 ]   M .   Be ro u t i,   R.   S c h wa rtz,  a n d   J.  M a k h o u l,   “ E n h a n c e m e n t  o f  sp e e c h   c o rru p ted   b y   a c o u stic  n o ise , ”  in   th e   Pro c e e d in g s   o f  IEE E   In ter n a ti o n a l  C o n fer e n c e   o n   Aco u st ics ,   S p e e c h   a n d   S ig n a l   Pro c e ss in g . ,   p p .   2 0 8 – 2 1 1 ,   1 9 7 9 .     [4 ]   K.  T.   Tala le,  a n d   S . T.   G a n d h e ,   “ S p e e c h   Co m p re ss io n   u si n g   AD P CM , ”   IJ CA   -   In ter n a ti o n a l   J o u r n a l  o f  C o mp u ter   Ap p li c a ti o n s I n   t h e   Pro c e e d in g s o n   In ter n a ti o n a l  C o n fer e n c e   in   Co mp u ta ti o n a l   In tell ig e n c e ,   n o .   8 ,   2 0 1 2 .   [5 ]   L.   R.   Ra b i n e r,   a n d   R .   W.   S c h a fe r,   “ Dig it a l  P r o c e ss in g   o f  S p e e c h   S ig n a l , ”   T h e   J o u rn a l  o f  t h e   Aco u stica l  S o c iety   o f  Ame r ica ,   v o l.   6 7 ,   n o .   4 ,   p p . 1 4 0 6 - 1 4 0 7 ,   1 9 8 0 .   [6 ]   H.  J.  M .   S tee n e k e n   a n d   T.   H o u t g a st,  “ A  p h y sic a l  m e th o d   f o r  m e a su rin g   sp e e c h - tran sm issio n   q u a li ty , ”   J o u rn a l  o f  t h e   Aco u stica l   S o c iety   o f  Ame ric a ,   v o l.   6 7 ,   n o .   1 ,   p p .   3 1 8 – 3 2 6 ,   1 9 8 0 .   [7 ]   T.   G e rk m a n n   a n d   R.   C .   He n d ri k s,  “ No ise   P o we r  Esti m a ti o n   Ba se d   o n   Th e   P ro b a b il it y   o f  S p e e c h   P re se n c e , ”   IEE E  W o rk sh o p   o n   Ap p li c a ti o n s  o f  S ig n a l  Pro c e ss in g   t o   A u d io   a n d   Aco u stics ,   2 0 1 1 .   [8 ]   P a rk ,   Je o n g - S i k ,   G il - Jin   Ja n g ,   a n d   Ji - Hw a n   Kim .   " N o ise   Re d u c ti o n   S c h e m e   fo r  S p e e c h   Re c o g n it io n   in   M o b il e   De v ice s,"   In fo rm a ti o n   T e c h n o lo g y   Co n v e rg e n c e .   S p rin g e r,   Do r d re c h t,   p p .   9 4 9 - 9 5 5 ,   2 0 1 3 .   [9 ]   Zh a o ,   Hu a n ,   e t  a l.   " A  n e w  so ft  m a sk in g   m e th o d   fo r   sp e e c h   e n h a n c e m e n t  in   th e   fre q u e n c y   d o m a i n . "   El e k tro n ika   ir  El e k tro tec h n ika ,   v o l.   20 ,   n o .   2 ,   p p .   58 - 63 ,   2 0 1 4 .   [1 0 ]   J.  Je n se n ,   R.   C.   He n d ri k s,  a n d   T.   G e rk m a n ,   “ DFT   d o m a in   b a se d   sin g le - m icro p h o n e   n o ise   re d u c ti o n   fo r  s p e e c h   e n h a n c e m e n t, ”   A  su rv e y   o f  th e   sta te - of - th e - a rt ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   P .   S u n ,   J u n   Qi n ,   “ S p e e c h   e n h a n c e m e n t  v ia  two - sta g e   d u a l  tree   c o m p lex   wa v e let  p a c k e t  tran sfo r m   with   a   sp e e c h   p re se n c e   p ro b a b il it y   e stim a to r” ,   T h e   J o u rn a l  o f  Ac o u stic  S o c iety   o f  Ame ric a ,   v o l.   1 4 1 ,   no.   2 ,   p p .   8 0 8 - 8 1 7 ,   Ja n   2 0 1 7 .     [1 2 ]   Yo u n g - S e o k   Ch o i,   “ A  Ne w  S u b b a n d   Ad a p t iv e   F i lt e rin g   Alg o rit h m   fo r  S p a rse   S y ste m   Id e n ti fica ti o n   with   Im p u lsiv e   No ise ” ,   J o u rn a l  o f  A p p l ied   M a t h e ma ti c s ,   v o l.   2 0 1 4 .     [1 3 ]   Tran ,   T ien   Du n g ,   Qu o c   Cu o n g   Ng u y e n ,   a n d   Da n g   Kh o a   N g u y e n .   " S p e e c h   e n h a n c e m e n t  u sin g   m o d if ied   IM CRA   a n d   OML S A m e th o d s , "   I n ter n a ti o n a l  Co n fer e n c e   o n   Co mm u n ica t io n s a n d   E lec tro n ics   2 0 1 0 . ,   IEE E,   2 0 1 0 .   [1 4 ]   I.   Co h e n ,   “ No ise   sp e c tru m   e stim a ti o n   in   a d v e rse   e n v ir o n m e n ts:   I m p ro v e d   m in ima   c o n tr o ll e d   re c u rsiv e   a v e ra g i n g , ”   IEE E  T ra n sa c ti o n   in   S p e e c h   A u d i o   Pro c e ss in g ,   v o l.   1 1 ,   p p .  4 6 6 - 4 7 5 ,   2 0 0 3 .   [1 5 ]   Zh a o ,   Hu a n ,   e t  a l.   " A  n e w  so ft  m a sk in g   m e th o d   fo r   sp e e c h   e n h a n c e m e n t  in   th e   fre q u e n c y   d o m a in . "   El e k tro n ik a   i r   El e k tro tec h n ika ,  v o l .  2 0 .   n o .   2 ,   p p .   58 - 63 ,   2 0 1 4 .   [1 6 ]   S o n u   Ba la,  a n d   M o h a m m a d   Arif ,   “ P e rfo rm a n c e   c o m p a riso n   o f   d is c re te  tran sfo rm s  o n   sp e e c h   c o m p re ss e d   se n sin g , ”   In   t h e   Pro c e e d in g s  o f  IE EE   I n ter n a ti o n a l  C o n fer e n c e   o n   C o mp u ta ti o n a l  I n telli g e n c e   &   Co mm u n ica ti o n   T e c h n o l o g y ,  p p . 6 3 2 - 6 3 7 ,   2 0 1 5 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.