專利名稱：噪聲抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪聲抑制裝置，涉及從噪聲重疊的聲音信號中降低噪聲分量的噪聲抑制裝置。
背景技術(shù)：
在移動電話系統(tǒng)和IP(Internet Protocol)電話系統(tǒng)等中，除了通話者的聲音之外還會向話筒內(nèi)混入環(huán)境噪音。其結(jié)果，聲音信號變得惡劣，損壞了聲音的清晰感。于是，以往開發(fā)了從惡劣的聲音信號中降低噪聲分量，提高通話質(zhì)量的技術(shù)(例如參照非專利文獻1和專利文獻1)。
圖1表示以往的噪聲抑制裝置的一個例子的框圖。該圖中，時間頻率轉(zhuǎn)換部10每單位時間(幀)將當(dāng)前幀n的輸入信號xn(k)從時域k轉(zhuǎn)換為頻域f，求出輸入信號的頻域信號Xn(f)。振幅計算部11根據(jù)頻域信號Xn(f)計算輸入信號的振幅分量|Xn(f)|(下面稱為“輸入振幅分量”)。噪聲估計部12從沒有通話者的聲音的情況下的輸入振幅分量|Xn(f)|求出估計噪聲的振幅分量μn(f)(下面稱為“估計噪聲振幅分量”)。
抑制系數(shù)計算部13按照(1)式從|Xn(f)|和μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。
Gn(f)=1-μn(f)|Xn(f)|...(1)]]>噪聲抑制部14按照(2)式從Xn(f)和Gn(f)求出噪聲抑制之后的振幅分量S*n(f)。
S*n(f)＝Xn(f)× Gn(f)...(2)時間頻率轉(zhuǎn)換部15將S*n(f)從頻域轉(zhuǎn)換為時域，求出噪聲抑制之后的信號S*n(k)。
(非專利文獻1)S.F.Boll，”Supression of Acoustic Noise in SpeechUsing Spectral Subtraction”，IEEE Transaction on Acoustics，Speech，andSignal Processing，ASSP-33，vol.27，pp.113-120，1979(專利文獻1)日本特開2004-20679在圖1中，估計噪聲振幅分量μn(f)例如通過對不包含過去的通話者的聲音的幀上的輸入信號的振幅分量進行平均來求出。這樣背景噪聲的平均的(長期的)傾向根據(jù)過去的輸入振幅分量來估計。
圖2表示以往的抑制系數(shù)計算方法的一個例子的原理圖。該圖中，在抑制系數(shù)計算部16中，根據(jù)當(dāng)前幀n的振幅分量|Xn(f)|和估計噪聲振幅分量μn(f)來計算抑制系數(shù)Gn(f)，通過將該抑制系數(shù)乘以輸入振幅分量，來抑制輸入信號所含的噪聲分量。
但是，難以正確地求出重疊于當(dāng)前幀上(短期的)的噪聲的振幅分量。即，重疊于當(dāng)前幀上的噪聲的振幅分量與估計噪聲振幅分量之間產(chǎn)生估計誤差(下面稱為噪聲估計誤差)。因此，如圖3所示，用實線所示的噪聲的振幅分量與用虛線所示的估計噪聲振幅分量之間的差即噪聲估計誤差變大。
其結(jié)果，在噪聲抑制裝置中，上述的噪聲估計誤差引起過度抑制或抑制不足。進而，由于噪聲估計誤差按照每幀發(fā)生很大變動，所以過度抑制或抑制不足也發(fā)生變動，在噪聲抑制性能上產(chǎn)生時間上的不均。該噪聲抑制性能的時間上的不均產(chǎn)生作為音樂噪聲(musical noise)而被知曉的怪聲。
圖4表示以往的抑制系數(shù)計算方法的其他的一個例子的原理圖。它是以抑制噪聲抑制裝置中伴隨過度抑制或抑制不足而產(chǎn)生的怪聲為目的的平均化噪聲抑制技術(shù)。該圖中，在振幅平滑化部17中進行當(dāng)前幀n的振幅分量|Xn(f)|的平滑化，抑制系數(shù)計算部18根據(jù)平滑化之后的輸入信號的振幅分量Pn(f)(下面稱為“平滑化振幅分量”)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。
作為振幅分量的平滑化方法，使用下面2種方法。
(第1平滑化方法)將當(dāng)前幀和過去多幀的輸入振幅分量的平均值作為平滑化振幅分量Pn(f)。該方法為單純的平均化，可以用(3)式求出平滑化振幅分量。
Pn(f)=1MΣk=0N-1|Xn-k(f)|...(3)]]>M進行平滑化的范圍(幀數(shù))(第2平滑化方法)將當(dāng)前幀的振幅分量|Xn(f)|和前一幀的平滑化振幅分量Pn-1(f)之間的加載平均值作為平滑化振幅分量Pn(f)。這被稱為指數(shù)平滑化，可以通過(4)式來求出平滑化振幅分量。
Pn(f)＝α×|Xn(f)|+(1-α)×Pn-1(f)...(4)α平滑化系數(shù)在圖4的抑制系數(shù)計算方法中，在計算抑制系數(shù)之前對輸入振幅分量進行平均化或者進行指數(shù)平滑化，從而在沒有輸入通話者的聲音時，如圖5所示，可以減小用實線所示的噪聲的振幅分量和用虛線所示的估計噪聲振幅分量的差即噪聲估計誤差。其結(jié)果，可以抑制在圖2的抑制系數(shù)計算中作為問題的、噪聲輸入時的過度抑制或抑制不足，能夠抑制音樂噪音。
但是，在輸入了通話者的聲音時，如圖6所示，平滑化振幅分量變得鈍化，用虛線所示的聲音信號的振幅分量和用實線所示的平滑化振幅分量的誤差(下面稱為“聲音估計誤差”)變大。
其結(jié)果，由于根據(jù)聲音估計誤差較大的平滑化振幅分量和估計噪聲振幅來求出抑制系數(shù)，并將輸入振幅分量乘以抑制系數(shù)，所以具有錯誤地抑制了輸入信號所含的聲音分量，引起音質(zhì)的劣化的問題。該現(xiàn)象特別在聲音的起始時(聲音的開始的區(qū)間)內(nèi)比較顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其總的目的在于提供一種噪聲抑制裝置，該噪聲抑制裝置能夠抑制音樂噪音的產(chǎn)生，并且將其對聲音的影響降至最低，實現(xiàn)穩(wěn)定的噪聲抑制性能。
為了達成該目的，本發(fā)明的噪聲抑制裝置具有按照每個頻帶求出輸入信號的振幅分量的振幅計算單元；估計上述輸入信號的噪聲的振幅分量來按照每個頻帶求出估計噪聲振幅分量的噪聲估計單元；按照每個頻帶產(chǎn)生不同的權(quán)重系數(shù)的權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元；使用上述按照每個頻帶而不同的權(quán)重系數(shù)對上述輸入信號的振幅分量進行時間上的平滑化，并按照每個頻帶求出平滑化振幅分量的振幅平滑化單元；按照每個頻帶從上述平滑化振幅分量和上述估計噪聲振幅分量求出抑制系數(shù)的抑制量計算單元；以及按照每個頻帶從上述輸入信號和上述抑制系數(shù)求出對噪聲進行了抑制的聲音信號的噪聲抑制單元。
根據(jù)這種噪聲抑制裝置，可以抑制音樂噪音的產(chǎn)生，并且將其對聲音的影響降至最低，實現(xiàn)穩(wěn)定的噪聲抑制性能。


圖1是以往的噪聲抑制裝置的一個例子的框圖。
圖2是以往的抑制系數(shù)計算方法的一個例子的原理圖。
圖3是用于說明以往的噪聲估計誤差的圖。
圖4是以往的抑制系數(shù)計算方法的其他一個例子的原理圖。
圖5是用于說明以往的噪聲估計誤差的圖。
圖6是用于說明以往的聲音估計誤差的圖。
圖7是本發(fā)明的抑制系數(shù)計算的原理圖。
圖8是本發(fā)明的抑制系數(shù)計算的原理圖。
圖9是使用FIR濾波器的情況下的振幅平滑化部的結(jié)構(gòu)圖。
圖10是使用IIR濾波器的情況下的振幅平滑化部的結(jié)構(gòu)圖。
圖11是表示本發(fā)明的權(quán)重系數(shù)的一個例子的圖。
圖12是表示從平滑化振幅分量和估計噪聲振幅分量來求出抑制系數(shù)的關(guān)系式的圖。
圖13是用于說明本發(fā)明的噪聲估計誤差的圖。
圖14是用于說明本發(fā)明的聲音估計誤差的圖。
圖15是重疊有噪聲的聲音的輸入信號的波形圖。
圖16是以往的噪聲抑制裝置的輸出聲音信號的波形圖。
圖17是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的輸出聲音信號的波形圖。
圖18是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第1實施方式的框圖。
圖19是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第2實施方式的框圖。
圖20是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第3實施方式的框圖。
圖21是表示非線性函數(shù)func的圖。
圖22是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第4實施方式的框圖。
圖23是表示信噪比與權(quán)重系數(shù)的關(guān)系的圖。
圖24是本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第5實施方式的框圖。
圖25是應(yīng)用了本發(fā)明裝置的移動電話的一個實施方式的框圖。
圖26是應(yīng)用了本發(fā)明裝置的移動電話的另一個實施方式的框圖。
符號說明21振幅平滑化部；22抑制系數(shù)計算部；23權(quán)重系數(shù)計算部；30FFT部；31、41振幅計算部；32、42噪聲估計部；33振幅平滑化部；34振幅保持部；35權(quán)重系數(shù)保持部；36、46抑制系數(shù)計算部；37、47噪聲抑制部；40信道分割部；43振幅平滑化部；44振幅保持部；45權(quán)重系數(shù)計算部；
48信道合成部具體實施方式
下面根據(jù)

本發(fā)明的實施方式。
圖7和圖8表示本發(fā)明的抑制系數(shù)計算的原理圖。在本發(fā)明中與圖4相同地，在計算抑制系數(shù)之前進行輸入振幅分量的平滑化。
在圖7中，在振幅平滑化部21內(nèi)使用當(dāng)前幀n的振幅分量|Xn(f)|和權(quán)重系數(shù)wm(f)得到平滑化振幅分量Pn(f)。抑制系數(shù)計算部22根據(jù)平滑化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。
在圖8中，權(quán)重系數(shù)計算部23從輸入振幅分量計算特征量(信噪比和輸入信號的振幅等)，根據(jù)特征量來適應(yīng)性地控制權(quán)重系數(shù)wm(f)。在振幅平滑化部21中使用當(dāng)前幀n的振幅分量|Xn(f)|和來自權(quán)重系數(shù)計算部23的權(quán)重系數(shù)wm(f)得到平滑化振幅分量Pn(f)。抑制系數(shù)計算部22根據(jù)平滑化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。
作為平滑化的方法具有使用FIR濾波器的方法和使用IIR濾波器的方法，在本發(fā)明中可以選擇任一平滑化方法。
(使用FIR濾波器的情況)圖9表示使用FIR濾波器的情況下的振幅平滑化部21的結(jié)構(gòu)。該圖中，在振幅保持部25中，保持過去N幀的輸入振幅分量(平滑化前的振幅分量)。進而在平滑化部26中，按照(5)式從過去N幀的平滑化前的振幅分量和當(dāng)前的振幅分量求出平滑化后的振幅分量。
Pn(f)=w0(f)×|Xn(f)|+Σm=1N(wm(f)×|Xn-m(f)|)...(5)]]>(使用IIR濾波器的情況)圖10表示使用IIR濾波器的情況下的振幅平滑化部的結(jié)構(gòu)。該圖中，在振幅保持部27中，保持過去N幀的平滑化后的振幅分量。進而在平滑化部28中，按照(6)式從過去N幀的平滑化后的振幅分量和當(dāng)前的振幅分量求出平滑化后的振幅分量。
Pn(f)=w0(f)×|Xn(f)|+Σm=1N(wm(f)×|Pn-m(f)|)...(6)]]>在上述(5)、(6)式中，m是構(gòu)成濾波器的延遲元件數(shù)，w0(f)～wm(f)是構(gòu)成濾波器的m+1個乘法器各自的權(quán)重系數(shù)，通過調(diào)整該值，可以控制在對輸入信號進行平滑化時的平滑化的強度。
以往從(3)、(4)式可知在整個頻帶中同樣使用權(quán)重系數(shù)，但在本發(fā)明中如(5)、(6)式那樣，權(quán)重系數(shù)wm(f)表示為頻率的函數(shù)，其特征在于按照每個頻帶使用不同的值。
圖11表示本發(fā)明的權(quán)重系數(shù)w0(f)的一個例子。在圖11中，輸入信號的性質(zhì)被設(shè)想成低頻帶不易變動而高頻帶易于變動的情況，通過按照實線所示那樣將當(dāng)前幀的振幅分量|Xn(f)|相關(guān)的權(quán)重系數(shù)w0(f)設(shè)為在低域中較大高域中較小的值，從而追隨高頻帶的變動，而且對低頻帶更強地施加平滑化。而且，按照每個頻帶將權(quán)重系數(shù)的時間上的總和設(shè)為1，當(dāng)w1(f)＝1-w0(f)時，w1(f)成為單點劃線所示那樣。
另外，以往的(4)式中作為權(quán)重系數(shù)的平滑化系數(shù)α為常數(shù)，但在本發(fā)明中，將權(quán)重系數(shù)wm(f)作為變量，用圖8所示的權(quán)重系數(shù)計算部23從輸入振幅分量計算信噪比和輸入信號的振幅等的特征量，根據(jù)特征量適應(yīng)性地控制權(quán)重系數(shù)。
作為從平滑化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)時的關(guān)系式，可以選擇任意的關(guān)系式。例如可以使用(1)式，還可以使用圖12所示的關(guān)系式。在圖12中，Pn(f)/μn(f)越小Gn(f)也越小。
在本發(fā)明的噪聲抑制裝置中，在計算抑制系數(shù)之前對輸入振幅分量進行平滑化，因此在沒有輸入通話者的聲音時，如圖13所示，可以減小用實線所示的噪聲的振幅分量和用虛線所示的估計噪聲振幅分量的差即噪聲估計誤差。
進而，即使在輸入了通話者的聲音時，如圖14所示，也能減小用虛線所示的聲音信號的振幅分量和用實線所示的平滑化振幅分量的差即聲音估計誤差。其結(jié)果，能夠抑制音樂噪音的產(chǎn)生，并且將其對聲音的影響降至最低，實現(xiàn)穩(wěn)定的噪聲抑制性能。
此處，如圖15所示，當(dāng)提供了重疊有噪聲的聲音的輸入信號時，使用了圖4的抑制系數(shù)計算方法的以往的噪聲抑制裝置的輸出聲音信號成為圖16所示的波形，本發(fā)明的噪聲抑制裝置的輸出聲音信號成為圖17所示的波形。
如果比較圖16的波形和圖17的波形，則可知在說話開始的區(qū)間τ中，圖17的波形的劣化小。為了比較各自的輸出聲音，將在沒有聲音的區(qū)間來測定噪聲輸入時的抑制性能、在說話開始的區(qū)間測定聲音輸入時的音質(zhì)劣化的結(jié)果表示如下。
關(guān)于噪聲輸入時的抑制性能(在非聲音區(qū)間測定)，以往的噪聲抑制裝置為大約14dB，本發(fā)明的噪聲抑制裝置為大約14dB。關(guān)于聲音輸入時的音質(zhì)劣化(在說話開始的區(qū)間測定)，以往的噪聲抑制裝置為大約4dB，而本發(fā)明的噪聲抑制裝置為大約1dB，改善了大約3dB。由此，本發(fā)明可以在聲音輸入時減小聲音分量的抑制，來減輕音質(zhì)劣化。
圖18表示本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第1實施方式的框圖。該實施方式將FFT(Fast Fourier Transform)/IFFT(Inverse FFT)用于信道分割/合成，采用基于FIR濾波器的平滑化方法，用(1)式進行抑制系數(shù)的計算。
在該圖中，F(xiàn)FT部30按照每個單位時間(幀)將當(dāng)前幀n的輸入信號xn(k)從時域k轉(zhuǎn)換為頻域f，求出輸入信號的頻域信號Xn(f)。而且，下標(biāo)n表示幀序號。
振幅計算部31從頻域信號Xn(f)求出輸入振幅分量|Xn(f)|。噪聲估計部32進行聲音區(qū)間檢測，在說話者聲音的非檢測時按照(7)式從輸入振幅分量|Xn(f)|求出估計噪聲振幅分量μn(f)。
振幅平滑部33按照(8)式從輸入振幅分量|Xn(f)|、在振幅保持部34中保持的前一幀的輸入振幅分量|Xn-1(f)|和在權(quán)重系數(shù)保持部35中保持的權(quán)重系數(shù)wm(f)求出平均化振幅分量Pn(f)。其中，fs為對聲音進行數(shù)字化時的抽樣頻率。另外，圖11表示權(quán)重系數(shù)wm(f)。
Pn(f)＝w0(f)×|Xn(f)|+wi(f)×|Xn-1(f)|...(8) w1(f)＝1.0-w0(f)抑制系數(shù)計算部36按照(9)式從平均化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。
Gn(f)=1-μn(f)Pn(f)...(9)]]>噪聲抑制部37按照(10)式從Xn(f)和Gn(f)求出噪聲抑制后的振幅分量Sn*(f)。
S*n(f)＝Xn(f)×Gn(f)...(10)IFFT部37將振幅分量Sn*(f)從頻域轉(zhuǎn)換為時域，求出噪聲抑制后的信號sn*(k)。
圖19表示本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第2實施方式的框圖。該實施方式將帶通濾波器用于信道分割/合成，采用基于FIR濾波器的平滑化方法，用(1)式進行抑制系數(shù)的計算。
該圖中，信道分割部40是用頻帶濾波器(BPF)按照(11)式將輸入信號xn(k)分割為頻帶信號xBPF(i，k)。而且，下標(biāo)i表示信道序號。
xBPF(i,k)=Σj=0M-1(BPF(i,j)×x(k-j))...(11)]]>BPF(i，j)頻帶分割用的FIR濾波器系數(shù)M上述FIR濾波器的次數(shù)振幅計算部41按照(12)式在各幀中從頻帶信號xBPF(i，k)計算頻帶的輸入振幅Pow(i，n)。而且，下標(biāo)n表示幀序號。
Pow(i,n)=1N×Σi=0N-1(xBPF(i,k-1))2...(12)]]>N幀長度噪聲估計部42進行聲音區(qū)間檢測，在通話者聲音的非檢測時根據(jù)(13)式從頻帶的輸入振幅分量Pow(i，n)求出估計噪聲的振幅分量μ(i，n)。
權(quán)重系數(shù)計算部45將按照頻帶的輸入振幅分量Pow(i，n)與規(guī)定的閾值THR1進行比較來計算權(quán)重系數(shù)w(i，m)。其中，設(shè)m＝0，1，2。
當(dāng)Pow(i，n)≥THR1時，w(i，0)＝0.7w(i，1)＝0.2w(i，2)＝0.1當(dāng)Pow(i，n)＜THR1時，w(i，0)＝0.4w(i，1)＝0.3w(i，2)＝0.3即，每個信道的權(quán)重系數(shù)的時間上的總和為1。
振幅平滑部43按照(14)式從在振幅保持部44保持的按照頻帶的輸入振幅分量Pow(i，n-1)、Pow(i，n-2)、來自振幅計算部41的按照頻帶的輸入振幅分量Pow(i，n)和權(quán)重系數(shù)w(i，m)計算平滑化輸入振幅分量PowAV(i，n)。
PowAV(i,n)=Σm=02(w(i,m)×Pow(i,n-m))...(14)]]>抑制系數(shù)計算部46使用(15)式從平滑化輸入振幅分量PowAV(i，n)和估計噪聲的振幅分量μ(i，n)計算抑制系數(shù)G(i，n)。
G(i,n)=1-μ(i,n)PowAV(i,n)...(15)]]>在噪聲抑制部47中按照(16)式從頻帶信號xBPF(i，k)和抑制系數(shù)G(i，n)求出噪聲抑制后的頻帶信號S*BPF(i，k)。
S*BPF(i，k)＝xBPF(i，k)×G(i，n)...(16)信道合成部48由加法電路構(gòu)成，按照(17)式將頻帶信號S*BPF(i，k)加法合成后求出輸出聲音信號S*(k)。
S*(k)=Σi=0L(s*BPF(i,k))...(17)]]>L頻帶分割數(shù)圖20表示本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第3實施方式的框圖。該實施方式將FFT/IFFT用于信道分割/合成，采用基于IIR濾波器的平滑化方法，用非線性函數(shù)進行抑制系數(shù)的計算。
該圖中，F(xiàn)FT部30按照每單位時間(幀)，將當(dāng)前幀n的輸入信號xn(k)從時域k轉(zhuǎn)換為頻域f，求出輸入信號的頻域信號Xn(f)。而且，下標(biāo)n表示幀序號。
振幅計算部31從頻域信號Xn(f)求出輸入振幅分量|Xn(f)|。噪聲估計部32進行聲音區(qū)間檢測，在說話者聲音的非檢測時按照(7)式從輸入振幅分量|Xn(f)|求出估計噪聲振幅分量μn(f)。
振幅平滑化部51按照(18)式從輸入振幅分量|Xn(f)|、振幅保持部52保持的過去2幀的平均化振幅分量Pn-1(f)、Pn-2(f)和權(quán)重系數(shù)保持部53保持的權(quán)重系數(shù)wm(f)求出平均化振幅分量Pn(f)。
Pn(f)＝w0(f)·|Xn(f)|+w1(f)·Pn-1(f)+w2(f)·Pn-2(f)...(18)權(quán)重系數(shù)計算部53將平均化振幅分量Pn(f)與規(guī)定的閾值THR2進行比較來計算權(quán)重系數(shù)wm(f)。其中，設(shè)m＝0，1，2。
當(dāng)Pn(f)≥THR2時，wm(f)＝1.0wm(f)＝0.0wm(f)＝0.0當(dāng)Pn(f)＜THR2時，wm(f)＝0.6wm(f)＝0.2wm(f)＝0.2即，每個信道的權(quán)重系數(shù)的時間上的總和為1。
抑制系數(shù)計算部54使用(19)式所示的非線性函數(shù)func從平均化振幅分量Pn(f)和估計噪聲的振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。而且，圖21表示非線性函數(shù)func。
Gn(f)=func(Pn(f)μn(f))...(19)]]>噪聲抑制部37按照(10)式從Xnf)和Gn(f)求出噪聲抑制之后的振幅分量S*n(f)。IFFT部37將振幅分量S*n(f)從頻域轉(zhuǎn)換為時域，求出噪聲抑制后的信號S*n(k)。
這樣，通過根據(jù)平滑化后的振幅分量控制權(quán)重系數(shù)，可以對不穩(wěn)定的噪聲進行強有力且穩(wěn)定的控制。
圖22表示本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第4實施方式的框圖。該實施方式將FFT/IFFT用于信道分割/合成，采用基于IIR濾波器的平滑化方法，用非線性函數(shù)進行抑制系數(shù)的計算。
在該圖中，F(xiàn)FT部30在每個單位時間(幀)將當(dāng)前幀n的輸入信號Xn(k)從時域k轉(zhuǎn)換為頻域f，求出輸入信號的頻域信號Xn(f)。而且，下標(biāo)n表示幀序號。
振幅計算部31從頻域信號Xn(f)求出輸入振幅分量|Xn(f)|。噪聲估計部32進行聲音區(qū)間檢測，在說話者聲音的非檢測時按照(7)式從輸入振幅分量|Xn(f)|求出估計噪聲振幅分量μn(f)。
信噪比計算部56使用(20)式按照每個頻帶從當(dāng)前幀的輸入振幅分量|Xn(f)|和估計噪聲振幅分量μn(f)求出信噪比SNRn(f)。
SNRn(f)=|Xn(f)|μn(f)...(20)]]>權(quán)重系數(shù)計算部57從信噪比SNRn(f)求出權(quán)重系數(shù)w0(f)。而且，圖23表示SNRn(f)和w0(f)的關(guān)系。另外，按照(21)式從w0(f)計算w1(f)。即，每個頻帶的權(quán)重系數(shù)的時間上的總和為1。
w1(f)＝1.0-w0(f)...(21)振幅平滑化部58按照(22)式從當(dāng)前幀的輸入振幅分量|Xn(f)|、振幅保持部34保持的前一幀的輸入振幅分量|Xn-1(f)|和來自權(quán)重系數(shù)計算部57的權(quán)重系數(shù)wm(f)即w0(f)、w1(f)，求出平均化振幅分量Pn(f)。
Pn(f)＝w0(f)·|Xn(f)|+w1(f)·|Xn-1(f)|...(22)抑制系數(shù)計算部36按照(9)式從平均化振幅分量Pn(f)和估計噪聲的振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。噪聲抑制部37按照(10)式從Xn(f)和Gn(f)求出噪聲抑制之后的振幅分量S*n(f)。IFFT部37將振幅分量S*n(f)從頻域轉(zhuǎn)換為時域，求出噪聲抑制后的信號S*n(k)。
這樣，通過根據(jù)信噪比控制權(quán)重系數(shù)，可以無關(guān)話筒的音量而進行穩(wěn)定的控制。
圖24表示本發(fā)明的噪聲抑制裝置的第5實施方式的框圖。該實施方式將FFT/IFFT用于信道分割/合成，采用基于IIR濾波器的平滑化方法，用非線性函數(shù)進行抑制系數(shù)的計算。
在該圖中，F(xiàn)FT部30在每個單位時間(幀)將當(dāng)前幀n的輸入信號xn(k)從時域k轉(zhuǎn)換為頻域f，求出輸入信號的頻域信號Xn(f)。而且，下標(biāo)n表示幀序號。
振幅計算部31從頻域信號Xn(f)求出輸入振幅分量|Xn(f)|。噪聲估計部32進行聲音區(qū)間檢測，在說話者聲音的非檢測時按照(7)式從輸入振幅分量|Xn(f)|求出估計噪聲振幅分量μn(f)。
振幅平滑化部51按照(18)式從輸入振幅分量|Xn(f)|、振幅保持部52保持的過去2幀的平均化振幅分量Pn-1(f)、Pn-2(f)和來自權(quán)重系數(shù)保持部61的權(quán)重系數(shù)wm(f)求出平均化振幅分量Pn(f)。
在信噪比計算部60中，使用(23)式按照每個頻帶從平滑化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)計算信噪比SNRn(f)。
SNRn(f)=Pn(f)μn(f)...(23)]]>權(quán)重系數(shù)計算部61從信噪比SNRn(f)求出權(quán)重系數(shù)w0(f)。而且，圖23表示SNRn(f)和w0(f)的關(guān)系。另外，按照(21)式從w0(f)計算w1(f)。
抑制系數(shù)計算部54使用(19)式所示的非線性函數(shù)func從平均化振幅分量Pn(f)和估計噪聲振幅分量μn(f)求出抑制系數(shù)Gn(f)。噪聲抑制部37按照(10)式從Xn(f)和Gn(f)求出噪聲抑制之后的振幅分量S*n(f)。IFFT部37將振幅分量S*n(f)從頻域轉(zhuǎn)換為時域，求出噪聲抑制后的信號S*n(k)。
這樣，通過根據(jù)平滑化后的信噪比控制權(quán)重系數(shù)，可以對不穩(wěn)定的噪聲進行強有力且穩(wěn)定的控制，可以無關(guān)話筒的音量而進行穩(wěn)定的控制。
圖25表示應(yīng)用了本發(fā)明裝置的移動電話的一個實施方式的框圖。該圖中，話筒71的輸出聲音信號被本發(fā)明的噪聲抑制裝置70進行了噪聲抑制之后被編碼器72編碼，由發(fā)送部73發(fā)送到公共網(wǎng)74。
圖26表示應(yīng)用了本發(fā)明裝置的移動電話的另一個實施方式的框圖。該圖中，從公共網(wǎng)74發(fā)送的信號被接收部75接收，在解碼器76中被解碼，用本發(fā)明的噪聲抑制裝置70進行噪聲抑制。之后，提供給揚聲器77發(fā)出聲音。
而且，也可以組合圖25和圖26在送話系統(tǒng)和聽話系統(tǒng)的雙方上設(shè)置本發(fā)明的噪聲抑制裝置70。
另外，振幅計算部31、41對應(yīng)于權(quán)利要求所述的振幅計算單元，噪聲估計部32、42對應(yīng)于噪聲估計單元，權(quán)重系數(shù)保持部35、權(quán)重系數(shù)計算部45、信噪比計算部56、60對應(yīng)于權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元，振幅平滑化部33、43對應(yīng)于振幅平滑化單元，抑制系數(shù)計算部36、46對應(yīng)于抑制量計算單元，37、47對應(yīng)于噪聲抑制單元，F(xiàn)FT部30、信道分割部40對應(yīng)于頻率分割單元，IFFT部38、信道合成部48對應(yīng)于頻率合成單元。
權(quán)利要求
1.一種噪聲抑制裝置，其特征在于，該噪聲抑制裝置具有將輸入信號分割為多個頻帶，輸出頻帶信號的頻率分割單元；求出上述頻帶信號的振幅分量的振幅計算單元；估計上述輸入信號所含的噪聲的振幅分量來按照每個頻帶求出估計噪聲振幅分量的噪聲估計單元；按照每個頻帶產(chǎn)生不同的權(quán)重系數(shù)的權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元；使用上述權(quán)重系數(shù)求出將上述頻帶信號的振幅分量進行了時間上的平滑化的平滑化振幅分量的振幅平滑化單元；按照每個頻帶從上述平滑化振幅分量和上述估計噪聲振幅分量求出抑制系數(shù)的抑制量計算單元；根據(jù)上述抑制系數(shù)對上述頻帶信號進行抑制的噪聲抑制單元；以及將上述噪聲抑制單元輸出的多個頻帶的噪聲抑制后的頻帶信號合成輸出的頻率合成單元。
2.一種噪聲抑制裝置，其特征在于，該噪聲抑制裝置具有將輸入信號分割為多個頻帶，輸出頻帶信號的頻率分割單元；求出上述頻帶信號的振幅分量的振幅計算單元；估計上述輸入信號所含的噪聲的振幅分量來按照每個頻帶求出估計噪聲振幅分量的噪聲估計單元；使權(quán)重系數(shù)在時間上發(fā)生變化并將其輸出的權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元；使用上述權(quán)重系數(shù)求出將上述頻帶信號的振幅分量進行了時間上的平滑化的平滑化振幅分量的振幅平滑化單元；按照每個頻帶從上述平滑化振幅分量和上述估計噪聲振幅分量求出抑制系數(shù)的抑制量計算單元；根據(jù)上述抑制系數(shù)對上述頻帶信號進行抑制的噪聲抑制單元；以及將上述噪聲抑制單元輸出的多個頻帶的噪聲抑制后的頻帶信號合成輸出的頻率合成單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元輸出預(yù)先設(shè)定的權(quán)重系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元根據(jù)上述輸入信號的振幅分量按照每個頻帶計算權(quán)重系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元根據(jù)上述平滑化振幅分量按照每個頻帶計算權(quán)重系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元根據(jù)上述輸入信號的振幅分量和上述估計噪聲振幅分量之比按照每個頻帶計算權(quán)重系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元根據(jù)上述平滑化振幅分量和上述估計噪聲振幅分量之比按照每個頻帶計算權(quán)重系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元產(chǎn)生時間上的總和為1的權(quán)重系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述頻率分割單元為快速傅立葉轉(zhuǎn)換器，上述頻率合成單元為快速傅立葉逆轉(zhuǎn)換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述頻率分割單元由多個帶通濾波器構(gòu)成，上述頻率合成單元由加法電路構(gòu)成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述振幅平滑化單元根據(jù)上述權(quán)重系數(shù)按照每個頻帶對當(dāng)前的輸入信號的振幅分量和過去的輸入信號的振幅分量進行加權(quán)相加。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述振幅平滑化單元根據(jù)上述權(quán)重系數(shù)按照每個頻帶對當(dāng)前的輸入信號的振幅分量和過去的平滑化振幅分量進行加權(quán)相加。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的噪聲抑制裝置，其特征在于，上述權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元產(chǎn)生在低域為大值在高域為小值的權(quán)重系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種噪聲抑制裝置，該噪聲抑制裝置具有將輸入信號分割為多個頻帶，輸出頻帶信號的頻率分割單元；求出頻帶信號的振幅分量的振幅計算單元；估計輸入信號所含的噪聲的振幅分量來按照每個頻帶求出估計噪聲振幅分量的噪聲估計單元；按照每個頻帶產(chǎn)生不同的權(quán)重系數(shù)的權(quán)重系數(shù)產(chǎn)生單元；使用權(quán)重系數(shù)求出將頻帶信號的振幅分量進行了時間上的平滑化的平滑化振幅分量的振幅平滑化單元；按照每個頻帶從平滑化振幅分量和估計噪聲振幅分量求出抑制系數(shù)的抑制量計算單元；根據(jù)抑制系數(shù)對頻帶信號進行抑制的噪聲抑制單元；以及將噪聲抑制單元輸出的多個頻帶的噪聲抑制后的頻帶信號合成輸出的頻率合成單元，從而可以既抑制音樂噪聲的產(chǎn)生，又將對聲音的影響抑制為最小限度，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的噪聲抑制性能。
文檔編號G10L21/02GK101027719SQ20048004410
公開日2007年8月29日 申請日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者大谷猛, 松原光良, 遠藤香緒里, 大田恭士 申請人:富士通株式會社