語音降噪方法及語音采集設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及通訊領(lǐng)域，尤其涉及語音降噪方法及語音采集設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通訊技術(shù)的革新，人們對于語音通訊的質(zhì)量要求不斷提高。其中，移動通訊終 端的抗噪性能是語音通訊質(zhì)量的重要關(guān)注點。在經(jīng)歷了單麥克風(fēng)系統(tǒng)通過單通道語音增 強方案降低噪聲，提高語音質(zhì)量的階段以后，越來越多的移動通訊終端開始配置雙麥克風(fēng) (Dual Mic)系統(tǒng)。這種雙麥克風(fēng)系統(tǒng)通常采用主次麥克風(fēng)的結(jié)構(gòu)，它將一個主麥克風(fēng)放置 在手機下端，靠近嘴的位置，用于接收含噪語音信號，另一個次麥克風(fēng)放置在手機上端的背 部或頂部，靠近耳朵的位置，用于接收以噪聲為主的參考噪聲信號，如圖1所示。
[0003] 基于這種物理結(jié)構(gòu)，自適應(yīng)噪聲消除（Adaptive Noise Cancellation，ANC)可以 利用含噪語音信號和參考噪聲信號這兩個信號來進行分析和計算，得到干凈的語音。但是， 采用目前的技術(shù)方案在實際應(yīng)用中起到的降噪效果并不是很理想，輸出的語音還是有存在 較大的失真。
[0004] 因此，如何進一步提高通話質(zhì)量一直為本領(lǐng)域技術(shù)人員所致力研究的方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有的自適應(yīng)噪聲消除技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明旨在提供一種結(jié)構(gòu)簡 單，并可有效實現(xiàn)有效的抗串?dāng)_以及提高語音質(zhì)量的語音降噪方法及語音采集設(shè)備。
[0006] 具體技術(shù)方案如下：
[0007] -種語音降噪方法，其中，
[0008] 通過一濾波組件，對一濾波形成的消噪語音信號，以及一濾波形成的參考噪聲信 號進行頻域轉(zhuǎn)換并濾波，以濾波輸出、對應(yīng)所述參考噪聲信號的原始噪聲信號、以及對應(yīng) 所述消噪語音信號的含噪語音信號，分別控制形成所述參考噪聲信號的第一抗串?dāng)_濾波單 元，以及形成所述消噪語音信號的第二抗串?dāng)_濾波單元進行濾波系數(shù)更新。
[0009] 優(yōu)選的，所述濾波組件采用離散傅立葉變換，或離散余弦變換，或改進余弦變換對 所述消噪語音信號進行頻域轉(zhuǎn)換得到第一幅度譜；和/或
[0010] 所述濾波組件采用離散傅立葉變換，或離散余弦變換，或改進余弦變換對所述參 考噪聲信號進行頻域轉(zhuǎn)換得到第二幅度譜。
[0011] 優(yōu)選的，采用離散傅立葉變換得到所述第一幅度譜的公式為：
[0013] 其中，Eal為所述第一幅度譜，e Jt)為所述參考噪聲信號，e為自然對數(shù)的底數(shù)，j 為虛數(shù)單位，j = (-1)α5, w_(n)為窗函數(shù)，η = 1，2,…Μ, Μ為頻域分析的時間窗長度；和 /或
[0014] 采用離散傅立葉變換得到所述第二幅度譜的公式為：
[0016] 其中，Ea2為第二幅度譜，e 2(t)為所述消噪語音信號，e為自然對數(shù)的底數(shù)，j為虛 數(shù)單位，j= (_l)a5，w_(n)為窗函數(shù)，n = l，2,…M，M為頻域分析的時間窗長度。
[0017] 優(yōu)選的，所述窗函數(shù)w_(η)為矩形窗，或者正弦窗，或者漢寧窗，或者海明窗，或者 Tukey 窗。
[0018] 優(yōu)選的，Μ的取值范圍為fs/100/2〈M〈0. 4fs，其中fs為采樣頻率。
[0019] 優(yōu)選的，所述濾波組件提供一后濾波器，所述后濾波器為具有Μ點沖激響應(yīng)的頻 域維納濾波器，通過下式計算所述頻域維納濾波器的解：
[0021] 其中，G為所述維納濾波器的解，Psl為所述消噪語音信號的自功率譜，Ρ "為噪聲的 自功率譜；或者
[0022] 所述濾波組件提供一后濾波器，所述后濾波器為具有Μ點沖激響應(yīng)的頻域維納濾 波器，通過下式計算所述頻域維納濾波器的解：
[0024] SNR[k]t= a G[k] t JSNlUkL i+d-a )max(SNRP[k]t-l，0)
[0026] 其中，G為所述維納濾波器的解，SNR為信噪比，SNRP為先驗信噪比，Psl為所述消 噪語音信號的自功率譜，P n為噪聲的自功率譜，〇〈 α〈1。
[0027] 優(yōu)選的，所述消噪語音信號的自功率譜Psl通過下式計算：
[0028] Psl[k]t= |Eal[k]t|2，
[0029] 其中，Eal為所述消噪語音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第一幅度譜。
[0030] 優(yōu)選的，所述噪聲的自功率譜^通過下式進行估計：
[0032] 其中，η。n2, n3為平滑因子，〇〈 n p n2, n3〈i;
[0033] Ps為所述消噪語音信號的自功率譜，或者P 3為所述消噪語音信號的自功率譜與所 述參考噪聲信號的自功率譜兩者之間的較小值。
[0034] 優(yōu)選的，Ps為所述消噪語音信號的自功率譜時，P s通過下式計算：
[0035] Ps[k]t= |Eal[k]t|2；
[0036] 其中，Eal為所述消噪語音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第一幅度譜。
[0037] 優(yōu)選的，Ps為所述消噪語音信號的自功率譜與所述參考噪聲信號的自功率譜兩者 之間的較小值時，ps通過下式計算：
[0038] Ps[k]t=min(|Eal[k]t| 2, |Ea2[k]t|2);
[0039] 其中，
[0040] Eal為所述消噪語音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第一幅度譜；
[0041] Ea2為所述參考噪音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第二幅度譜。
[0042] 優(yōu)選的，提供一語音激活檢測單元，所述語音激活檢測單元連接所述濾波組件；
[0043] 所述語音激活檢測單元根據(jù)所述含噪語音信號，或者所述含噪語音信號和所述原 始噪聲器信號，判斷是否采集到語音信號，并向所述濾波組件輸出判斷結(jié)果。
[0044] 優(yōu)選的，Ps通過下式計算：
[0046] 其中，VAD為所述語音激活檢測單元的輸出值，true為采集到語音信號，false為 未米集到語音信號；
[0047] Eal為所述消噪語音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第一幅度譜；
[0048] Ea2為所述參考噪音信號經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后獲得的第二幅度譜；
[0049] β為控制因子，1〈β〈5。
[0050] 優(yōu)選的，所述濾波組件提供一第一自適應(yīng)濾波器，及一第二自適應(yīng)濾波器；
[0051] 所述第一自適應(yīng)濾波器根據(jù)所述頻域維納濾波器的解G、所述參考噪聲信號以及 所述含噪語音信號計算所述第一抗串?dāng)_濾波單元的濾波系數(shù)更新項并通過所述濾波 系數(shù)更新項更新所述第一抗串?dāng)_濾波單元的濾波系數(shù)glit;
[0052] 所述第二自適應(yīng)濾波器根據(jù)所述頻域維納濾波器的解G、所述消噪語音信號以及 所述噪聲信號，計算所述第二抗串?dāng)_濾波單元的濾波系數(shù)更新項 §1;，并采用所述濾波系數(shù) 更新項g2/更新所述第二抗串?dāng)_濾波單元的濾波系數(shù)g2it。
[0053] 優(yōu)選的，所述第一抗串?dāng)_濾波單元通過下式更新濾波系數(shù)glit:
[0055] 所述第二抗串?dāng)_濾波單元通過下式更新濾波系數(shù)g2it:
[0057] 優(yōu)選的，所述第一自適應(yīng)濾波器通過頻域最小均方算法計算所述第一抗串?dāng)_濾波 單元的濾波系數(shù)更新項 §1,，具體算式如下：
[0058]
[0059] 其中，GfG'
[0060] λ為大于〇的非線性控制因子；
[0061] μ為更新步長，且0 < μ < 2 ;
[0062] ε為防止除零錯誤的微小正數(shù)；
[0063] ?為點乘符號；
[0064] 上標*為共軛操作；
[0065] 下標NXΝ表示矩陣為Ν行Ν列；
[0066] 下標NX (M-N)表示矩陣為N行M-N列；
[0067] t為所述含噪語音信號s i (t)的Μ點傅立葉變換；
[0068] E2, t為所述參考噪聲信號e 2 (t)的Μ點傅立葉變換；
[0069] F-為反傅立葉變換矩陣；
[0070] E[|slitr]為|Slit|2在t時刻的短期數(shù)學(xué)期望。
[0071] 優(yōu)選的，Slit通過下式計算：
[0072] Sl t= F[s ! (t-M+1), Sj (t~M+2), ···, Sj (t) ]T,
[0073] 其中，上標T為轉(zhuǎn)置操作；和/或
[0074] E2,t通過下式計算：
[0075] E2j t= F {[0, Ο, ···, 0] 1ΧΝ [e2 (t- (Μ~Ν) +1), e2 (t- (Μ~Ν) +2), ···, e2 (t) ]}τ,
[0076] 其中，上標Τ為轉(zhuǎn)置操作；和/或
[0077] E[|SUt|2]通過自回歸法進行獲取，具體算式如下：
[0078] E[|Slit|2] = YE[|Slitl|2] + (l-y) |Slit|2,0<Y<l〇
[0079] 優(yōu)選的，所述第二自適應(yīng)濾波器通過頻域最小均方算法計算所述第二抗串?dāng)_濾波 單元的濾波系數(shù)更新項g 2f，具體算式如下：
[0080]
[0081] 其中，G2= 1-G 人或G2= (1-G)入；
[0082] λ為大于〇的非線性控制因子；
[0083] μ為更新步長，且0 < μ < 2 ;
[0084] ε為防止除零錯誤的微小正數(shù)；
[0085] ?為點乘符號；
[0086] 上標*為共軛操作；
[0087] 下標NXN表示矩陣為N行N列；
[0088] 下標NX (Μ-N)表示矩陣為N行Μ-N列；
[0089] S2, t為噪聲信號s 2 (t)的Μ點傅立葉變換；
[0090] t為消噪語音信號e i (t)的Μ點傅立葉變換；
[0091] F-為反傅立葉變換矩陣；
[0092] E[|S2，t|2]為|S2，t| 2在t時刻的短期數(shù)學(xué)期望。
[0093] 優(yōu)選的，S2, t通過下式計算：
[0094] S2_ t= F[s 2 (t-M+1), s2 (t~M+2), ···, s2 (t) ]T,
[0095] 其中，F(xiàn)為傅立葉變換矩陣，上標T為轉(zhuǎn)置操作；和/或
[0096] Elit通過下式計算：
[0097] Eut= F{[0,0，...，0] 1XN[ei(t-(M_N)+l)，ei(t-(M_N)+2)，…，el (t)]}T,
[0098] 其中，F(xiàn)為傅立葉變換矩陣，上標T為轉(zhuǎn)置操作；和/或
[0099] E[|S2J2]通過自回歸法進行獲取，具體算式如下：
[0100] E[|s2it|2] = YE[|S2itl|2] + (l-y) | S2jt|2, 0< y <1〇
[0101] 優(yōu)選的，所述第一自適應(yīng)濾波器通過加窗頻域最小均方算法計算所述第一抗串?dāng)_ 濾波單元的濾波系數(shù)更新項§￥，具體算式如下：
[0102]
[0103] 其中，G!=Ga;
[0104] λ為大于〇的非線性控制因子；
[0105] μ為更新步長且0 < μ < 2 ;
[0106] ε為防止除零錯誤的微小正數(shù)；
[0107] ?為點乘符號；
[0108] 上標*為共軛操作；
[0109] 下標NXΝ表示矩陣為Ν行Ν列；
[0110] 下標NX (M_N)表7K矩陣為N打M_N列；
[0111] Swlit為含噪語音信號s i⑴的Μ點窗傅立葉變換；
[0112] Ew2it為參考噪聲信號e 2⑴的Μ點窗傅立葉變換；
[0113] F-為反傅立葉變換矩陣；