專利名稱：呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種語音噪聲消除方法，尤其涉及一種呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法。
背景技術(shù)：
在某些特殊的場合，需要佩戴空氣呼吸面罩工作。比如消防人員救火，有毒氣體泄露，潛水員潛水等等。早期的消防員或潛水人員在工作中與指揮中心沒有語音通信。后來， 出于安全、協(xié)調(diào)工作等原因，消防人員與指揮中心、潛水員與水面工作人員間需要建立可靠的信息聯(lián)系。目前我國大多數(shù)消防系統(tǒng)是通過對講機(jī)實(shí)現(xiàn)消防人員與指揮中心的聯(lián)絡(luò)的。 但是由于頭戴呼吸器，嘴部一般包含在面罩內(nèi)，對講的效果較差。為了實(shí)現(xiàn)可靠的消防或潛水指揮，需要用到專用的面具內(nèi)語音通信產(chǎn)品?，F(xiàn)代電信系統(tǒng)已經(jīng)相當(dāng)成熟，普通語音通信系統(tǒng)的語音通信效果比較理想，但當(dāng)一個(gè)人戴上呼吸面罩要與其它的人交流時(shí)，其可以通過放在面罩空腔中靠近嘴部位置的麥克風(fēng)來采集，然后通過有線或無線通信系統(tǒng)傳送出去。正如任何其他語音通訊系統(tǒng)，其基本組成是一個(gè)源(用麥克風(fēng)把聲音信號編碼為電信號)，一個(gè)信道(有線或無線信道)，和一個(gè)目標(biāo)(通過耳機(jī)接收已解碼的語音信號)。但涉及到呼吸面罩，這里存在與傳統(tǒng)話音通信系統(tǒng)不一樣的特殊問題來自于面罩內(nèi)的話音信號的質(zhì)量較差。這是因?yàn)橐诿嬲謨?nèi)(一個(gè)小諧振腔里)放置一個(gè)麥克風(fēng)，面罩里的空氣流動會影響到話音信號，因此使麥克風(fēng)產(chǎn)生的信號失真。這種由空氣流動引起的噪聲跟面罩中人的呼吸密切相關(guān)，因此稱為呼吸噪聲。當(dāng)在正常的空氣環(huán)境下(而非戴著呼吸面罩)說話時(shí)，并不會產(chǎn)生呼吸噪聲，只生產(chǎn)大小遠(yuǎn)小于呼吸噪聲的普通噪聲。呼吸噪聲跟普通通信系統(tǒng)中的噪聲相比要大很多，是戴面罩人員與他人語音通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵噪聲。如何消除呼吸噪聲是長久以來的技術(shù)難題?，F(xiàn)有的呼吸噪聲可以通過硬件電路用模擬的方法來消除。一種方法是將采集到的帶噪語音信號通過一個(gè)中心頻率為呼吸噪聲頻率的帶通濾波器，然后整流并積分。如果積分信號超過了一個(gè)預(yù)先設(shè)定的閾值說明存在呼吸噪聲，此時(shí)衰減器將激活以消除噪聲。這種方法的理論依據(jù)是呼吸噪聲的信號振幅比任何語音信號的振幅都要大。另一種方法是采用兩個(gè)麥克風(fēng)，一個(gè)放在面具內(nèi)，另一個(gè)放在調(diào)壓器內(nèi)以采集噪聲。采集噪聲的麥克風(fēng)被包起來以檢測不到戴面具人員的說話聲，但能檢測到空氣引起的呼吸噪聲。當(dāng)從噪聲麥克風(fēng)檢測到人在呼吸時(shí)，激活衰減器來消除呼吸噪聲。上述方法對面具和調(diào)壓器需要用額外的硬件改裝，不但涉及到安全問題，而且我國的消防系統(tǒng)已配備了大量的不具有語音通信功能的呼吸面具，因此有必要提供獨(dú)立于面具的可濾除呼吸噪聲的語音通信方法，節(jié)約設(shè)備購置和改裝費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，采用數(shù)字信號處理減少或消除呼吸噪聲，從而既能使戴面具人員的講話既不失真，又能避免對現(xiàn)有面具進(jìn)行額外的硬件改裝，降低成本。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，包括如下步驟a)采樣呼吸面具中的語音信號，分成10 30ms的語音幀；b) 計(jì)算每個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率；c)當(dāng)一個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率同時(shí)高于或等于預(yù)定的閾值水平時(shí)將該語音幀置零；d)將處理后的部分重疊的語音幀合并，得到去除呼吸噪聲后的語音信號。上述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其中，所述步驟a)中的語音信號采用通頻帶為1 4 kHz有限脈沖響應(yīng)濾波器減弱高頻噪聲及濁音。上述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其中，所述步驟b)中的語音短幀的短時(shí)能量E(k)計(jì)算如下
；其中，y(n)是輸入信號，N是一幀的取樣點(diǎn)數(shù)，k是幀數(shù)。上述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其中，所述步驟b)中的語音短幀的過零率ZCR(k)計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟a)采樣呼吸面具中的語音信號，分成10 30ms的語音幀；b)計(jì)算每個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率；c)當(dāng)一個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率同時(shí)高于或等于預(yù)定的閾值水平時(shí)判定為呼吸噪聲幀，將該語音幀置零；d)將處理后的部分重疊的語音幀合并，得到去除呼吸噪聲后的語音信號。
2.如權(quán)利要求1所述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其特征在于，所述步驟a)中的語音信號采用通頻帶為1 4 kHz有限脈沖響應(yīng)濾波器消弱濁音。
3.3、如權(quán)利要求1所述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其特征在于，所述步驟b) 中的語音短幀的短時(shí)能量E (k)計(jì)算如下_〕‘ν-1E{k)=呦2 ；其中，Hn)是輸入信號，N是一幀的取樣點(diǎn)數(shù)，k是幀數(shù)。n=hN
4.如權(quán)利要求1所述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其特征在于，所述步驟b)中的語音短幀的過零率ZCR(k)計(jì)算如下(A+1)JV-1ZCPm = Σ I ^gn[y(n)]-sign[y(n)-l)] | ；其中，y(n)是輸入信號，N 是n=W+l一幀的取樣點(diǎn)數(shù)，k是幀數(shù)，sign [y (η)]為符號函數(shù)，當(dāng)y(n)彡0時(shí)，sign [y (η)] = 1 ；當(dāng) y(n) <0 時(shí)，sign[y(η)] =—1。
5.如權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，其特征在于，所述步驟a)中的語音幀的幀長為22. 5毫秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，包括如下步驟a)采樣呼吸面具中的語音信號，分成10～30ms的語音幀；b)計(jì)算每個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率；c)當(dāng)一個(gè)語音幀的短時(shí)能量和過零率同時(shí)高于或等于預(yù)定的閾值水平時(shí)時(shí)判定為呼吸噪聲幀，將該語音幀置零；d)將處理后的部分重疊的語音幀合并，得到去除呼吸噪聲后的語音信號。本發(fā)明提供的呼吸面具中呼吸噪聲的消除方法，通過結(jié)合語音幀的短時(shí)能量和過零率來判斷噪聲，達(dá)到減少或消除呼吸噪聲，從而既能使戴面具人員的講話不失真，又能避免對現(xiàn)有面具進(jìn)行額外的硬件改裝，降低成本。
文檔編號G10L21/02GK102332269SQ201110148590
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者陳威 申請人:陳威