[發明專利]一種基于子帶噪聲分析的自適應降噪方法與系統有效

申請號：	201410106985.6	申請日：	2014-03-21
公開（公告）號：	CN103871421B	公開（公告）日：	2018-02-02
發明（設計）人：	梁維謙;薛行棟	申請（專利權）人：	廈門萊亞特醫療器械有限公司
主分類號：	G10L21/0232	分類號：	G10L21/0232;G10L21/0224;G10L19/02
代理公司：	廈門市精誠新創知識產權代理有限公司35218	代理人：	戚東升
地址：	361000 福建省廈門市湖***	國省代碼：	福建;35
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于噪聲分析自適應方法系統
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及語音技術領域,具體涉及一種基于子帶噪聲分析的自適應降噪方法與系統。

背景技術

在語音通信與錄制領域，背景噪聲是影響聲音音質與辨識度的最大障礙。通過網絡與親友視頻聊天時會有電腦的“嗡嗡”聲；錄制課堂講座時會有寫字聲與學生們的閑聊聲；戶外做采訪時道路交通噪聲以及風噪聲等，日常生活中我們離不開這些噪聲。

為了提高采集聲音信號的音質，信噪比，以及可懂度，國際上已經研究出了很多降噪算法，可分為兩大類。一種是通過多路麥克風輸入在空間上選取目標聲源的方式，叫指向性麥克風技術。另一種是單麥克風輸入，通過語音信號和干擾噪聲信號的頻譜特性差異，濾除噪聲信號，提高信噪比。理論上，指向性麥克風方式的降噪效果要比單麥克風降噪算法要好，目前已經有很多筆記本電腦，平板電腦，部分智能手機均采用這類技術。但是，一個產品同時要配置多路麥克風的技術實現需求，在高集成度的迷你產品的研發中受到限制，同時也會提高生產成本，且運算復雜度較高，不適于如數字助聽器等極低功耗系統的應用。

一般我們會通過以下方式進行單麥克風降噪。第一類是通過自適應增益調節進行噪聲判斷，并進行衰減，其中最為典型的算法為低增益擴展降噪算法，如圖1所示，如果當前輸入的聲壓級小于擴展臨界值，即輸入處于擴展閾的范圍內，則判斷為噪聲，并進行增益衰減；如果輸入聲壓級大于此臨界值進行線性輸出，或進行增益壓縮。第二類是通過語音激活檢測（Voice Activity Detection）等方式對信號進行語音段與噪聲段的分類。此算法自動平均噪聲段的信號能量，并在判斷為噪聲段的信號進行相應衰減，得到降噪效果。第三類為通過自適應濾波器的方式進行降噪，如圖2所示。自適應濾波器以系統輸出信號無限接近于原信號為條件進行收斂。在實際應用中，因為我們得不到原信號，通常使用實際輸入信號與長時能量的差值代替原信號進行收斂，其中長時能量代表噪聲等級。

上述三類降噪方式均有相應的降噪效果，但都存在缺陷。第一類降噪方式只能應用于噪聲能量明顯小于信號能量的場景，而能量較小的語音信號會被誤認為噪聲，因此被衰減。第二類的降噪方式效果要好于第一類，但在噪聲段存在明顯的音樂噪聲（Musical noise）。第三類的降噪算法比前兩類更為復雜，但自適應濾波器方法由于收斂關系會影響輸出音質,也就是說收斂速度越快會提高降噪效果，但同時會降低音質，同時也存在濾波器發散的危險。

總之，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題就是：如何能夠提供一種自適應降噪算法，要求較高的降噪效果同時保證輸出音質。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于子帶噪聲分析的自適應降噪方法，可以大幅度降低目標信號中的類穩定噪聲，同時提供幾乎無失真（經過40dB以上的放大處理仍無聽感失真）的語音音質，本發明的方法在多種噪聲環境下，均能提供較好的降噪效果。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是，一種基于子帶噪聲分析的自適應降噪方法，包括以下步驟：

步驟1，對輸入的時域帶噪音頻信號進行分幀和短時頻域變換，生成頻域帶噪音頻信號；

步驟2，對頻域帶噪音頻信號，采用最小值跟蹤方法（Minimum Tracking）估計出噪聲能量譜；

步驟3，計算出該噪聲能量譜的后驗信噪比和先驗信噪比；

步驟4，通過非線性增益擴展方法，利用所述的后驗信噪比和先驗信噪比計算步驟1所述的帶噪音頻信號的降噪增益；

步驟5，對所述的各個時頻單元的降噪增益進行平滑濾波，以降低音質失真；

步驟6，將所述的平滑濾波后的降噪增益與步驟1所述的頻域帶噪音頻信號的各個時頻單元相乘，得到降噪后的頻域音頻信號；

步驟7，對步驟6所述的降噪后的頻域音頻信號進行短時頻域逆變換，得到最終的降噪后的時域音頻信號輸出。

進一步的，所述步驟1中，短時頻域變換為加權重疊相加分析算法。