[發明專利]一種用于拾音器的基于遞歸最小追蹤的噪聲估計方法

在審

• 申請號: 201610199809.0
• 申請日: 2016-04-03
• 公開（公告）號: CN105788606A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發明（設計）人: 賴錦培;張正文;高銘澤
• 申請（專利權）人: 武漢市康利得科技有限公司
• 主分類號: G10L21/0216
• 分類號: G10L21/0216
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及應用于拾音器語音增強系統的噪聲估計方法，尤其涉及一種基于遞歸 最小追蹤的噪聲互功率譜估計方法，屬于語音信號處理中語音增強技術領域。

背景技術

二元麥克風語音增強系統，應用于免提系統、助聽器以及人工耳蝸等系統中時，具 有獨特的優勢。目前，相干性濾波器已被很好的應用于二元麥克風語音增強系統中。然而， 當兩個麥克風之間的距離比較近時，兩個通道將的噪聲將呈現出相關性，此時相干性濾波 器的消噪性能將大為降低。此時，若能求出噪聲間的互功率譜密度(crosspowerspectral density，CPSD)將有效的解決這一問題。

Fathi以二元麥克風系統為基礎提出了一種改進最小追蹤(improvedminimum tracking,IMT)噪聲CPSD估計方法（KALLELF,GHORBELM,FRIKHAM,etal.Anoise crossPSDestimatorbasedonimprovedminimumstatisticsmethodfortwo- microphonespeechenhancementdedicatedtoabilateralcochlearimplant[J]. AppliedAcoustics,2012,73(3):256-264.），無需借助語音檢測技術，無論在有聲或無 聲時都能對噪聲CPSD進行更新。但是該算法所估計的噪聲CPSD無法快速跟蹤噪聲的變化， 在語音的活動期會出現噪聲過估計的現象。

信號模型：兩個麥克風接收到的帶噪語音信號可表示為：

(1)

其中“i”表示麥克風的序號，y_i(n)，s_i(n)和v_i(n)分別表示帶噪語音，純凈語音信號和 噪聲信號。對式(1)兩邊做短時傅里葉變換使其變成頻域形式：

(2)

其中ω表示頻率因子，k表示幀因子。

IMT噪聲CPSD估計算法：IMT噪聲CPSD估計算法是基于這樣一個假設，即哪怕在語 音活動期間，單個頻帶的帶噪語音信號功率通常都會衰減到噪聲的功率水平。因此通過在 每個頻帶跟蹤帶噪語音的最小值，可以得到該頻帶噪聲水平的一個粗略估計。圖1展示的就 是一個基于IMT算法的語音增強系統。

IMT算法首先通過以下遞歸式對帶噪語音進行短時平滑：

(3)

然后IMT算法在每個頻點對帶噪語音CPSD的最小值(R_V1V2min(ω,k))進行跟蹤，用公式 表達為：

(4)

帶噪語音CPSD的最小值R_V1V2min(ω,k)與噪聲CPSD的估計值P_V1V2(ω,k)之間的關系為：

(5)

其中B_min為偏置參數。

對IMT算法的研究發現，IMT算法會連續的對帶噪語音CPSD進行平滑，而不管是否 有語音存在。因此無論噪聲CPSD是否增加，只要帶噪語音的CPSD變大，噪聲CPSD估計也會跟 著變大。這主要是由于公式(4)的第二項，它實現了一個一階差分運算，可以視為離散情況 下對求導的一種近似。當帶噪語音CPSD出現很窄的峰值的時候，此時會有很大的導數值，噪 聲估計會突然的大幅變大。因而在語音活動期間，IMT算法會對噪聲過估計。而在語音高能 量段的噪聲過估計會導致其后緊跟的低能量的語音段被抑制。

有鑒于此，有必要提供一種用于拾音器的基于遞歸最小追蹤的噪聲估計方法，以 解決上述問題。

發明內容

本發明的目的是：針對上述問題，本發明通過引入時間遞歸平均算法予以克服，提 出一種基于遞歸最小追蹤的噪聲互功率譜估計方法。該方法在估計噪聲CPSD時，其迭代公 式中的平滑因子采用遞歸平均技術，會根據每個頻點的實際信噪比而自適應的改變。不同 環境下的仿真結果表明，與IMT噪聲CPSD估計算法相比，本發明提出的方法估計的噪聲CPSD 更加準確，應用于語音增強系統中對語音的增強效果也更好。

本發明所采用的技術方案是：一種用于拾音器的基于遞歸最小追蹤的噪聲估計方 法，其特征在于，包括如下步驟：

1）建立信號模型：兩個麥克風接收到的帶噪語音信號可以表示為：

(1)