[發明專利]數字助聽器中基于廣義旁瓣抵消器的噪聲消除方法

在審

• 申請號: 201710540870.1
• 申請日: 2017-07-05
• 公開（公告）號: CN107369456A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張玲華;李思平
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: G10L19/02
• 分類號: G10L19/02;G10L21/0208;G10L21/0216;G10L21/0264;H04R25/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 朱楨榮

技術領域

本發明涉及現代信號處理的語音增強技術領域，特別是數字助聽器中基于廣義旁瓣抵消器的噪聲消除方法。

背景技術

如今，聽力患者對數字助聽器的要求越來越高，許多患者抱怨所佩戴的助聽器無法在各種環境中都聽的清楚，并且感覺不是十分舒適。因為實際的聽力環境經常是復雜的，聲音來自許多方向，造成很大的干擾，因此設計良好的語音信號處理方法是研究數字助聽器的核心。麥克風陣列能夠充分利用語音信號的空域、時域和頻域信息，同時具有高空間分辨率、高信號增益與較強的抗干擾能力等特點。由于周圍環境本身存在的干擾,再加上電子器件工作時造成的影響,導致麥克風接收到的信號都是混有噪聲的混合信號，因此采用有效的方法去除語音中的背景噪聲以提高信噪比成為語音信號處理中的重點研究對象。傳統的語音增強算法都有譜減法、小波閾值去噪算法、自適應消除法以及信號子空間法等。Griffiths等首次提出了廣義旁瓣抵消器(Generalized sidelobe canceller,GSC)，廣義旁瓣抵消器結構的波束形成算法具有高性能和較低的計算量,在數字助聽器中得以廣泛應用。GSC結構包括上支路的固定波束形成器(Fixed Beamformer,FBF)，下支路的阻塞矩陣(Blocking Matrix,BM)和自適應濾波，以及多輸入抵消器(Multiple-input Canceller,MC)，用來消除固定波束形成器輸出端的殘留噪聲。但是固定波束形成算法對時延補償后進行加權求和取平均可以消除不相干噪聲，但混入的相干噪聲會影響時延估計得準確性；因此先對每路信號進行小波閾值去噪可以消除相干噪聲增強準確性。

小波閾值消噪法包括硬閾值和軟閾值兩個經典函數，但硬閾值函數在閾值處會出現不連續的缺點所以在重構信號時會影響消噪的結果。軟閾值函數在小波域的小波系數和原始的小波系數有一定的誤差所以在重構信號時會影響信號的強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的不足而提供數字助聽器中基于廣義旁瓣抵消器的噪聲消除方法，很好地消除不相干噪聲也可以消除相干噪聲，使數字助聽器所得到的信號具有更好的語音理解度。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

根據本發明提出的數字助聽器中基于廣義旁瓣抵消器的噪聲消除方法，包括以下步驟：

步驟1、對麥克風陣列接收的帶噪語音信號進行小波閾值處理；小波閾值處理是采用改進的小波閾值函數對帶噪語音信號的小波系數進行重構處理，從而消除帶噪語音信號中的相干噪聲；

所述改進的小波閾值函數為

其中，W_j,k表示在小波域上進行第j層第k個帶噪信號的小波系數，是根據小波閾值函數處理后的語音信號的小波系數，是閾值函數的閾值，σ是噪聲的平均方差，N是麥克風陣列所接收的帶噪語音信號的長度，e是自然底數，a為調整參數；

步驟2、對小波閾值處理后的語音信號進行時延補償，對時延補償后的語音信號進行處理，產生參考語音信號y_F(t)；

y_F(t)＝W^TX(t)

其中，W＝[w₁,w₂,…,w_M]^T是固定權向量，w_q是麥克風陣列第q路接收信號的固定權系數，1≤q≤M,M是麥克風陣列振元總個數，上標T為轉置，X(t)＝[x₁'(t),x₂'(t),…,x_M'(t)]^T是經時延補償后的陣列接收信號向量，x_q'(t)是經時延補償后的第q路語音信號；

采用阻塞矩陣B濾除掉時延補償后的語音信號中的期望信號，產生噪聲參考信號y_B(t)；

步驟3、獲得原目標語音信號y(t)，y(t)＝y_F(t)-y_B(t)。

作為本發明所述的數字助聽器中基于廣義旁瓣抵消器的噪聲消除方法進一步優化方案，

y_B(t)＝A^T(k)U(t)，A(k)為自適應濾波器向量A的第k個系數，經阻塞矩陣處理后的陣列信號U(t)＝BX(t)，其中，阻塞矩陣