[發(fā)明專利]單一麥克風的實時動態(tài)語音降噪方法

無效

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• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102737646A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設計）人: 楊駿
• 申請（專利權）人: 佛山市瀚芯電子科技有限公司
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02
• 代理公司: 佛山市南海智維專利代理有限公司 44225
• 代理人: 梁國杰

技術領域

本發(fā)明涉及語音降噪技術領域，尤其是涉及到可隨著環(huán)境的語音和噪聲的變化而實時動態(tài)對麥克風進行語音降噪的方法。

背景技術

噪聲問題由來已久，背景噪聲問題俱語音設備而同生。為了解決擴聲、錄音和通訊中麥克風拾取背景噪聲的問題，最原始的方法就是降低輸入回路（包括麥克風的）增益，加強語音信號本身的強度（如大聲說話、將麥克風貼近嘴唇等）。另一種方法是通過麥克風的特性來改善信噪比，如使用指向性麥克風，降低麥克風拾音空間噪聲，達到降噪的目的。以上方法降噪的指標有限、對使用的方法和環(huán)境有限制，因此需要進一步的方法來降噪。由此，提出了模擬降噪和以數(shù)字信號處理（DSP）及其相關算法為技術支撐的數(shù)字降噪。例如：CN101848288A公開了“一種麥克風的模擬降噪系統(tǒng)及方法”，是利用麥克風陣列中的背景噪聲麥克風拾取背景噪聲，然后與語音拾音麥克風的信號相差，以抵消背景噪聲；此方法與指向性麥克風是異曲同工之舉；此類方法在麥克風的頻譜增益配對及電路調節(jié)等實現(xiàn)上存在著難以克服的問題。目前大多數(shù)的方法是使用麥克風陣列DSP的方法，利用不同麥克風拾取的背景噪聲的相關性，從背景噪聲麥克風拾取的噪聲，推算出語音麥克風拾取到的噪聲信號，然后使用差分算法抵消掉語音麥克風中的噪聲，達到降噪的目的。

目前發(fā)表的DSP降噪方法，都使用麥克風陣列，至少需要2支麥克風，這給系統(tǒng)機械結構設計帶來不便，使生產加工復雜化，系統(tǒng)成本上升。此外，由于采用推算噪聲而抵消的方法，不同位置的噪聲存在差異性，無法獲得深度降噪，一般降噪不大于6分貝；同時，會在語音信號中附加人為噪聲；由于使用最小二乘法推算噪聲信號，計算量大，現(xiàn)有的算法只能應用在窄帶（300Hz-3400Hz）語音通信系統(tǒng)中，很難滿足新一代寬頻（50Hz-7000Hz）或全頻（20Hz-20000Hz）通信系統(tǒng)中。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種只采用單一麥克風，隨著環(huán)境的語音和噪聲的變化而實時動態(tài)地語音降噪的方法，該語音降噪方法的算法計算量少，可適用于從窄帶到全頻帶的應用。

為解決上述技術問題所采用的技術方案：

一種單一麥克風的實時動態(tài)語音降噪方法，其特征在于包括以下步驟：

一、將麥克風的輸入信號由子帶濾波器組濾波分割為不同頻率的子帶信號，并將其調制后下采樣子帶信號；

二、對子帶信號進行統(tǒng)計分析，識別并分離語音信號和噪聲信號，對語音和噪聲信號建模，實時地提取語音和噪聲信號的特征；

三、針對語音信號和噪聲信號特征，實時動態(tài)地設計自適應濾波器使其最大限度地濾除噪聲并使語音通過；

四、使用上述設計的自適應濾波器對麥克風輸入信號進行濾波；

五、將濾波后子帶信號經子帶合成濾波器合成還原為全帶信號。

采用本發(fā)明所帶來的有益效果：本發(fā)明只需要單一的麥克風拾取信號，隨著環(huán)境的變化智能地分析識別語音和噪聲信號、提取其特征并建模、由此而實時地設計修正濾波器以濾除噪聲同時保留語音，簡化了系統(tǒng)機械結構設計和生產加工，降低了系統(tǒng)成本，可獲得深度降噪（最大可降噪大于15分貝），同時，降噪深度可控，無（或很低）人為噪聲。本發(fā)明采用子帶算法，降低了處理計算量，可適用于從窄帶到全頻帶的應用，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高處理效率。本發(fā)明可用于語音擴聲、錄音、通信等應用，在手機、電腦、機頂盒、本地擴聲設備、遠程通信設備、語音錄音設備等系統(tǒng)中廣泛應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明單一麥克風的實時動態(tài)語音降噪方法的算法示意圖。其中S_mic是單一麥克風的采樣信號，S’_mic是經降噪處理后的輸出信號，控制指令用來控制是否作降噪處理和降噪的深度。

圖2為麥克風的采樣信號波形。其中較平坦的部分是背景噪聲信號波形，較強的隆起部分是語音和噪聲的混合信號波形。

圖3為圖2信號經本發(fā)明降噪處理后輸出信號波形。從圖中可看到背景噪聲被大幅度降低，而語音的波幅沒有明顯變化。

具體實施方式

本發(fā)明與其他的使用麥克風陣列的降噪方法不同，提案一種只使用單一麥克風、利用自適應濾波器對語音降噪的方法。由于只需要一個麥克風，大大簡化了系統(tǒng)機械結構設計生產，同時降低了電路成本。本發(fā)明可用于語音擴聲、錄音、通信等應用，在手機、電腦、機頂盒、本地擴聲設備、遠程通信設備、語音錄音設備等系統(tǒng)中廣泛應用。