[發明專利]通過組合的波束形成和后濾波的降噪

有效

• 申請號: 200810147385.9
• 申請日: 2008-08-13
• 公開（公告）號: CN101369427A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: 馬庫斯·巴克;托拜厄斯·沃爾夫
• 申請（專利權）人: 哈曼貝克自動系統股份有限公司
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 李曉舒

技術領域

本發明涉及電子輔助通信環境中的音頻信號的降噪技術。具體而言，本發明涉及麥克風信號的波束形成和波束形成的信號的后濾波以獲得增強的聲學信號，尤其是語音信號。?

背景技術

相互發射和接收音頻信號，尤其是語音信號的雙方雙向語音通信通常遭受背景噪聲引起的音頻信號的質量的衰減。噪聲環境中的背景噪聲可能嚴重影響聲音交流的質量和可理解性，且在最壞情況，可能導致通信的完全中斷。?

一個突出的示例是交通工具中的免持語音通信。免持電話提供尤其用于機動車輛的舒適和安全的通信系統。在免持電話的情況下，強制抑制噪聲以確保通信。例如由于車輛的速度和道路噪聲，噪聲信號的幅度和頻率是隨時間變化的。?

在現有技術中，采用譜減法的單通道降噪方法是公知的。例如，語音信號通過某些子帶濾波裝置被分割成子帶，且降噪算法被應用于每一個子帶。然而，這些方法(大多數)限制于平穩噪聲擾動(stationarynoise?perturbation)和正信噪距離(positive?signal-to-noise?distance)。因為根據這些方法，擾動不能消除，而是抑制了被噪聲影響的頻譜分量，所以處理的語音信號失真。因而語音信號的可理解性通常不能得到充分改善。?

在遠距離談話語音獲取中改善信號質量的另一方法是利用多通道系統，即麥克風陣列，例如，如在“Microphone?Arrays：Signal?ProcessingTechniques?and?Applications”，eds.Brandstein，M.and?Ward，D.，Springer，Berlin?2001中所描述的麥克風陣列。執行多個麥克風信號的波束形成以獲得增強的聲學信號。?

當前的多通道系統主要使用所謂的“廣義旁瓣相消器”(GSC)，?例如，見“An?alternative?approach?to?linearly?constrained?adaptivebeamforming”，by?Griffiths，L.J.and?Jim，C.W.，IEEE?Transactions?onAntennas?and?Propagation，vol.30.，p.27，1982。GSC包括兩個信號處理路徑：具有阻塞矩陣和自適應噪聲相消裝置的第一(或下)自適應路徑以及具有固定波束形成器的第二(或上)非自適應路徑。?

固定波束形成器例如使用固定波束圖案通過用于時間延遲補償的裝置改善預處理的信號。自適應處理方法的特征在于系統操作過程中諸如濾波器系數之類的處理參數的持久自適應。GSC的下信號處理路徑被優化以產生用于減去固定波束形成器的輸出信號的殘余噪聲的噪聲參考信號。降噪信號處理路徑通常包括接收語音信號且用于產生噪聲參考信號的阻塞矩陣。在最簡單的實現中，阻塞矩陣執行對接收的信號的相鄰通道的減法。?

然而，由于用于自適應所需的有限的收斂時間，自適應波束形成器在隨時間高度變換的擾動的情況中并不是很成功。另一方面，非平穩擾動在真實生活應用中是極其普遍的。?

因而，需要用于在麥克風信號的波束形成的環境中進行降噪的改進的方法和系統。?

發明內容

鑒于上述情況，在本發明中，提供一種用于音頻信號處理的方法，包括：?

通過麥克風陣列檢測音頻信號，尤其是語音信號，以獲得麥克風信號(y_m)；?

通過波束形成裝置(11)處理麥克風信號(y_m)以獲得波束形成的信號(A)；?

通過阻塞矩陣裝置(12)處理麥克風信號(y_m)以獲得每個麥克風信號(y_m)的噪聲成分(noise?contribution)的(頻譜)功率密度(U_m)；?

處理每個麥克風信號(y_m)的噪聲成分的功率密度(U_m)以從每個麥克風信號(y_m)的噪聲成分的功率密度(U_m)獲得平均短時功率密度(V)；?

基于從每個麥克風信號(y_m)的噪聲成分的功率密度(U_m)獲得?的平均短時功率密度(V)，估計波束形成的信號(A)的噪聲成分(A_n)的(頻譜)功率密度；以及?