[發明專利]一種期望聲源方向可調的雙麥克風降噪方法

在審

• 申請號: 202210157383.8
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114724574A
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 趙清穎;陳喆;殷福亮
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G10L21/0216
• 分類號: G10L21/0216;G10L21/0232;G10L21/0208
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 姜玉蓉;李洪福

本發明公開了一種期望聲源方向可調的雙麥克風降噪方法，包括：預處理過程，將雙麥克風接收的帶噪信號x₁(t)和x₂(t)進行離散采樣、預加重、分幀及加窗處理，再經過短時傅里葉變換，得到頻域信號X₁(ω)和X₂(ω)；波束形成過程，在雙麥克風連線的中點處引入虛擬麥克風，根據中心差分格式對頻域信號X₁(ω)和X₂(ω)進行差分變換，構造差分信號Y₁(ω)和Y₂(ω)。計算差分信號Y₁(ω)和Y₂(ω)的功率譜的統計平均值，并將統計平均值的比值記為方向性函數Γ(ω,θ)，分析方向性函數Γ(ω,θ)的性質，通過歸一化函數將其直接映射為噪聲掩蔽值λ(ω)。將X₁(ω)與λ(ω)相乘得到消除掉競爭方向噪聲后的信號R₁(ω)；后置維納濾波過程，對R₁(ω)中的信號能量和噪聲能量進行估計得到通道信噪比并計算增益函數，進一步消除R₁(ω)中的殘余噪聲。

技術領域

本發明涉及語音信號降噪技術領域，尤其涉及一種期望聲源方向可調的雙麥克風降噪方法。

背景技術

藍牙耳機等便攜設備自從問世以來逐漸成為人們日常生活中提升效率的好工具，但是用戶在使用其撥打或接聽電話時，如果受到背景噪聲及非目標方向語音等的干擾，通話質量會急劇下降。在這種情況下，保留靠近用戶說話方向的語音，在保證語音不失真的前提下盡可能地抑制背景噪聲及非目標方向語音成為迫切需求。

現有的廣義旁瓣抵消器(generalized sidelobe canceller，GSC)和延遲波束形成器使用多個麥克風記錄信號進行空間濾波。對于藍牙耳機等便攜設備來說，GSC過于復雜，超出了微型器件的能力范圍。延遲波束形成技術如一階差分麥克風(the first-orderdifferential microphone，FDM)和自適應零形成方法(adaptive null-forming，ANF)只需要兩個麥克風，是適合于尺寸限制和實時處理的設置。但這種固定波束形成器在0°處有一個最大增益，在180°處有一個零點，不能消除零點以外方向的噪聲。基于輸入信號之間的相干函數的算法，討論了相干函數中實部和虛部的性質，以產生不同的掩蔽噪聲的手段。基于相干函數的方法不依賴于噪聲統計量，但目標方向不可調整。用于助聽器的競爭方向噪聲消除方法將頻譜估計和陣列波束形成相結合來抑制噪聲。在純噪聲區間估計指向性系數，并對其進行更新以適應移動噪聲。類似地，此方法只能將期望方向設置為0°附近的有限范圍。由于聲源的位置有時是不恒定的，因此在實際應用中設計聲源方向可調的降噪算法是很重要的。

為了解決波束形成直接應用于近距離雙麥克風系統時無法準確消除非目標方向聲音及期望聲源方向不能根據需求設定等問題，提出一種基于波束形成與維納濾波的兩步去噪方法。測試結果表明：在低信噪比、多種類型噪聲源共同存在的情境下，此方法可以有效地恢復原始信號的能量分布特點，降低背景噪聲和非目標方向語音，明顯提升信噪比，另外，本發明可預置期望聲源方向，以適應聲源變化的場景。

發明內容

根據現有技術存在的問題，本發明公開了一種期望聲源方向可調的雙麥克風降噪方法，具體包括：

預處理過程：對雙麥克風接收到的帶噪信號x₁(t)和x₂(t)進行離散采樣、預加重、分幀及加窗處理，再經過短時傅里葉變換得到頻域信號X₁(ω)和X₂(ω)；