基于深度聚类的单通道语音分离代码

本文提供一份基于深度聚类的单通道语音分离的代码实现，主要采用了Python和Keras框架。

1. 准备数据

首先需要准备两组音频数据，分别是混合语音和原始语音。可以自己录制或者下载一些现成的数据。

2. 数据预处理

将音频数据转换为频谱图，并对其进行归一化处理。

import os
import numpy as np
import librosa

def load_data(path):
    X = []
    for filename in os.listdir(path):
        if "." not in filename:
            X.append(librosa.load(path + "/" + filename, sr = 16000)[0])
    
    X = np.array(X)
    return X

def create_spectrogram(data):
    n_fft = 1024
    hop_length = 256
    window = "hamming"
    eps = 1e-10

    spectrograms = []
    for i in range(data.shape[0]):
        spec = librosa.stft(data[i], n_fft=n_fft, hop_length=hop_length, window=window)
        mag = np.abs(spec)
        mag = np.log10(eps + mag)
        mag -= mag.min()
        mag /= mag.max()
        spectrograms.append(mag)
        
    return np.array(spectrograms)
    
def preprocess_data(mix_path, source_path):
    mix_data = load_data(mix_path)
    source_data = load_data(source_path)

    mix_spectrograms = create_spectrogram(mix_data)
    source_spectrograms = create_spectrogram(source_data)
    X, y = mix_spectrograms, source_spectrograms
    
    return X, y

X_train, y_train = preprocess_data("train/mix", "train/source")
X_test, y_test = preprocess_data("test/mix", "test/source")

3. 构建模型

本例中采用了一个简单的多层感知器（MLP）模型，用于对频谱图进行聚类。

from keras.models import Sequential
from keras.layers import Dense, Activation

def build_model(input_size):
    model = Sequential()
    model.add(Dense(512, input_dim=input_size))
    model.add(Activation('relu'))
    model.add(Dense(256))
    model.add(Activation('relu'))
    model.add(Dense(128))
    model.add(Activation('relu'))
    model.add(Dense(64))
    model.add(Activation('relu'))
    model.add(Dense(input_size))
    return model

model = build_model(X_train.shape[1])
model.compile(loss='mse', optimizer='adam')

4. 训练模型

使用训练集数据对模型进行训练，并保存权重。

model.fit(X_train, y_train, epochs=50, batch_size=64)
model.save_weights("weights.h5")

5. 测试模型

使用测试集数据进行测试，并输出结果。

def prediction_to_audio(prediction):
    n_fft = 1024
    hop_length = 256
    window = "hamming"

    spec = librosa.db_to_amplitude(prediction)
    signal = librosa.istft(spec, hop_length=hop_length, window=window)
    return signal

def separate_audio(model, mix_data):
    mix_spectrogram = create_spectrogram([mix_data])
    prediction = model.predict(mix_spectrogram)
    source_spectrogram = prediction_to_audio(prediction)[0]
    return source_spectrogram

mix_data = librosa.load("test/mix/1.wav", sr=16000)[0]
source_data = separate_audio(model, mix_data)
librosa.output.write_wav("output.wav", source_data, sr=16000)

以上就是基于深度聚类的单通道语音分离的代码实现。代码还可以通过优化模型结构、增加数据量等方式进行改进。