本發(fā)明屬于通訊領(lǐng)域，尤其基于移動(dòng)通訊設(shè)備的雙麥克降噪技術(shù)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)VoIP技術(shù)的出現(xiàn)，使得語(yǔ)音通話成本更低，交流更方便快捷。隨著語(yǔ)音通話技術(shù)日新月異的發(fā)展，VoIP終端被頻繁的用于我們的日常生活及工作交流中。人們對(duì)VoIP語(yǔ)音通話質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，在盡可能降低噪聲的同時(shí)，語(yǔ)音信號(hào)要盡可能的還原說(shuō)話人聲音的真實(shí)性。當(dāng)VoIP終端用于一些重要的工作會(huì)議中，使用者對(duì)其降噪技術(shù)的要求更加苛刻，需要在保證語(yǔ)音聽(tīng)覺(jué)感受的同時(shí)將噪聲盡量控制在人耳的聽(tīng)力范圍之外，并且要在離通話終端一定距離的情況下仍然能保證通話質(zhì)量。

現(xiàn)有的語(yǔ)音降噪技術(shù)主要有譜相減法和自適應(yīng)消噪技術(shù)。然而，這兩種方法都存在一定的局限性，譜相減法對(duì)噪聲的跟蹤效果差，并且對(duì)背景噪聲無(wú)法消除。而現(xiàn)有的自適應(yīng)消噪技術(shù)大多采用固定的參數(shù)對(duì)信號(hào)的功率譜進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而得到自適應(yīng)的消噪濾波器來(lái)達(dá)到消噪的效果。其對(duì)于噪聲和語(yǔ)音的跟蹤實(shí)時(shí)性欠缺，在噪聲抑制較大的情況下，語(yǔ)音容易失真，而在有較好的語(yǔ)音質(zhì)量時(shí)，噪聲較大，干擾語(yǔ)音內(nèi)容，導(dǎo)致語(yǔ)音不清晰。因此，如何對(duì)信號(hào)功率譜進(jìn)行更加靈活的預(yù)測(cè)，從而對(duì)噪聲功率譜和語(yǔ)音功率譜進(jìn)行區(qū)分，利用預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)語(yǔ)音信號(hào)實(shí)行自適應(yīng)濾波是VoIP終端降噪技術(shù)的挑戰(zhàn)和關(guān)鍵所在。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種基于雙麥克的降噪方法，使得不僅能夠消除VoIP終端運(yùn)行過(guò)程中由于散熱而產(chǎn)生的機(jī)內(nèi)噪聲，并且能夠?qū)Ρ尘霸肼曈泻芎玫囊种菩Ч?/p>

一種基于雙麥克的降噪方法，主要包括以下步驟：

步驟a：第一通道采集來(lái)自第一麥克風(fēng)含有噪聲的第一語(yǔ)音信號(hào)，第二通道采集來(lái)自第二麥克風(fēng)含有噪聲的第二語(yǔ)音信號(hào)，并對(duì)第一語(yǔ)音信號(hào)和第二語(yǔ)音信號(hào)采樣后分別進(jìn)行分幀處理得到第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)；

步驟b：計(jì)算第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的相干系數(shù)模值 ；

步驟c：根據(jù)第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)分別進(jìn)行幀信號(hào)功率譜的計(jì)算，以及分別進(jìn)行噪聲功率譜預(yù)測(cè)；

步驟d：根據(jù)預(yù)測(cè)信噪比、相干系數(shù)模值、當(dāng)前幀信號(hào)功率譜、前一幀噪聲功率譜計(jì)算預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜，并結(jié)合預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜、噪聲功率譜計(jì)算第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的各頻線調(diào)整增益，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的自適應(yīng)濾波。

優(yōu)選的，本發(fā)明提及的一種基于雙麥克的降噪方法中，上述相干系數(shù)模值為：

，其中，和分別為第一通道和第二通道的離散時(shí)域幀信號(hào)的均值，計(jì)算公式如下：

，，第一通道幀信號(hào)中第個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)記為，第二通道幀信號(hào)中第個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)記為。

優(yōu)選的，在該基于雙麥克的降噪方法中，第一通道和第二通道幀信號(hào)功率譜分別記為：，，第一通道幀信號(hào)的第個(gè)頻譜系數(shù)記為，第二通道幀信號(hào)的第個(gè)頻譜系數(shù)記為，幀信號(hào)功率譜的公式如下所示：

。

優(yōu)選的，在該基于雙麥克的降噪方法中，第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的當(dāng)前幀噪聲功率譜分別記為，，，第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的前一幀噪聲功率譜記為，，，計(jì)算公式如下所示：

。

優(yōu)選的，在該基于雙麥克的降噪方法中，預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜的計(jì)算公式為：，，，其中，和分別為第一通道和第二通道的前一幀自信號(hào)功率譜，適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)為，，預(yù)測(cè)信噪比為：，。

優(yōu)選的，在該基于雙麥克的降噪方法中，結(jié)合所述預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜、噪聲功率譜計(jì)算第一通道幀信號(hào)和第二通道幀信號(hào)的頻域調(diào)整增益，分別為：，，，其中，，，，，為第一通道的預(yù)測(cè)語(yǔ)音信號(hào)和第二通道的預(yù)測(cè)語(yǔ)音信號(hào)兩者間的差值信號(hào)，和分別為第一通道和第二通道的信道參數(shù)，，是根據(jù)維納濾波器改進(jìn)得到的頻域自適應(yīng)濾波增益。

為了實(shí)現(xiàn)在VoIP通話過(guò)程中對(duì)話機(jī)機(jī)內(nèi)噪聲以及外部背景噪聲的抑制，并使得語(yǔ)音通話盡量接近真實(shí)人說(shuō)話。本發(fā)明提供的一種基于雙麥克的降噪方法，在通話距離麥克風(fēng)1m的范圍內(nèi)具有較好的降噪效果，并且對(duì)語(yǔ)音還原度高。

由于本發(fā)明提供的技術(shù)方案對(duì)信號(hào)功率譜的預(yù)測(cè)是以通道信噪比及兩通道相關(guān)性為判斷依據(jù)，其能夠更加準(zhǔn)確的在噪聲成分較多的信號(hào)段提供較好的濾波，而在語(yǔ)音成分占主導(dǎo)的信號(hào)段盡量保持語(yǔ)音清晰度，這使得通話過(guò)程中的語(yǔ)音保持有較高的還原度。此外，本發(fā)明提供的方案使用緩存器來(lái)存儲(chǔ)計(jì)算預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜和預(yù)測(cè)噪聲功率譜所需的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，算法復(fù)雜度低，使得語(yǔ)音降噪模塊用時(shí)較短，保證了語(yǔ)音通話的實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法從聲音采集到降噪后輸出的流程框圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明基本原理是：采用譜相減和自適應(yīng)消噪相結(jié)合的形式達(dá)到對(duì)VoIP終端的消噪效果。其根據(jù)兩個(gè)麥克風(fēng)采集的信號(hào)，得到預(yù)測(cè)噪聲功率譜和預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜，并根據(jù)其設(shè)計(jì)自適應(yīng)濾波器，分別對(duì)兩個(gè)聲道進(jìn)行濾波，并調(diào)節(jié)參數(shù)使得降噪效果達(dá)到最佳。本發(fā)明對(duì)通話過(guò)程中噪聲功率譜的預(yù)測(cè)是以通話起始段采集的信號(hào)為依據(jù)。預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜是根據(jù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)對(duì)當(dāng)前信號(hào)功率譜和相鄰前一幀信號(hào)功率譜加權(quán)平均得到的。信號(hào)功率譜預(yù)測(cè)系數(shù)是根據(jù)信號(hào)的信噪比以及兩個(gè)信道的相關(guān)系數(shù)模值調(diào)整得到。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種對(duì)雙聲道采集聲音的VoIP通話裝置進(jìn)行降噪的方法，該方法依據(jù)兩個(gè)通道采集的聲音信號(hào)存在一定相關(guān)性和獨(dú)立性的原理，以信號(hào)的信噪比作為當(dāng)前信號(hào)功率譜預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)系數(shù)調(diào)整的依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)兩路信號(hào)的功率譜實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)預(yù)測(cè)，同時(shí)對(duì)噪聲段進(jìn)行跟蹤預(yù)測(cè)，提高了降噪濾波器的降噪性能。

圖1為本發(fā)明方法從聲音采集到降噪后輸出的流程框圖。 如該圖所示，本發(fā)明的主要內(nèi)容包括以下流程步驟：

步驟1：對(duì)VoIP終端的1號(hào)麥克風(fēng)采集含有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)，記為，2號(hào)麥克風(fēng)裝置采集含有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)，記為。

步驟2：對(duì)和分別進(jìn)行分幀處理，每一幀幀長(zhǎng)固定。

步驟3：計(jì)算1，2通道幀信號(hào)的相干系數(shù)模值。

步驟4：對(duì)1，2通道幀信號(hào)加矩形窗后進(jìn)行fft（離散傅里葉變換）變換。

步驟5：根據(jù)幀信號(hào)fft系數(shù)，計(jì)算含噪信號(hào)功率譜。

步驟6：對(duì)1，2通道幀信號(hào)的噪聲段進(jìn)行噪聲功率譜預(yù)測(cè)。

步驟7：根據(jù)預(yù)測(cè)系數(shù)得到1，2通道幀信號(hào)的預(yù)測(cè)功率譜。

其中，功率譜的預(yù)測(cè)系數(shù)是根據(jù)信噪比得到的，具有自適應(yīng)調(diào)整信號(hào)預(yù)測(cè)的功能。而為了更加準(zhǔn)確的得到穩(wěn)定的噪聲信號(hào)，本方案中是采用固定預(yù)測(cè)系數(shù)對(duì)噪聲段信號(hào)進(jìn)行跟蹤預(yù)測(cè)的。

步驟8：根據(jù)得到的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜，噪聲功率譜，計(jì)算1,2通道幀信號(hào)的各頻線調(diào)整增益。

步驟9：根據(jù)步驟8得到的幀信號(hào)頻域調(diào)整增益，實(shí)現(xiàn)對(duì)幀信號(hào)的自適應(yīng)濾波，對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行fft反變換，得到降噪濾波后的清晰語(yǔ)音信號(hào)。

具體實(shí)施方案如下所述：

在上述步驟1中，VoIP終端中內(nèi)置的1號(hào)麥克風(fēng)和2號(hào)麥克風(fēng)從通話連接成功開(kāi)始采集信號(hào)，采集的信號(hào)為含有噪聲的語(yǔ)音信號(hào)。所含噪聲主要由VoIP終端運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)內(nèi)噪聲和通話環(huán)境中的外界噪聲兩部分組成。將1號(hào)麥克風(fēng)采集的1通道含噪聲語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為1通道離散數(shù)字含噪聲語(yǔ)音信號(hào)，將其記為。將2號(hào)麥克風(fēng)采集的2通道含噪信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為2通道離散數(shù)字含噪語(yǔ)音信號(hào)，將其記為。

其中，1號(hào)麥克風(fēng)和2號(hào)麥克風(fēng)分別位于VoIP終端內(nèi)部的左側(cè)和右側(cè)，以便于從不同方向采集聲音信號(hào)，避免通話過(guò)程中聲音信號(hào)出現(xiàn)方向性。1號(hào)和2號(hào)麥克風(fēng)放置距離較近。由于兩個(gè)麥克風(fēng)采集聲音信號(hào)的位置和方向有差異性，因此兩者采集的聲音信號(hào)能量有較大差異，而由于兩個(gè)麥克風(fēng)放置距離較近，兩者采集的噪聲信號(hào)有較多相關(guān)部分。

步驟2：對(duì)采集的和離散數(shù)字信號(hào)，以160個(gè)離散語(yǔ)音信號(hào)點(diǎn)為一幀進(jìn)行分幀，以便對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)自適應(yīng)降噪處理。將1通道幀信號(hào)中第個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)記為，2通道幀信號(hào)中第個(gè)采樣點(diǎn)信號(hào)記為。

其中，對(duì)離散時(shí)域幀信號(hào)自適應(yīng)降噪的開(kāi)始并非以VoIP終端正式通話為標(biāo)志，而是以VoIP終端之間通話建立成功為開(kāi)始的標(biāo)志。這樣能夠增加噪聲跟蹤預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，并且避免了通話開(kāi)始時(shí)噪聲較大情況的出現(xiàn)。

步驟3：1,2通道信號(hào)中的語(yǔ)音成分不相關(guān)性較大，而噪聲成分相關(guān)性較大，本方案設(shè)計(jì)將1,2通道幀信號(hào)的相干系數(shù)模值作為參考因素之一來(lái)自適應(yīng)調(diào)節(jié)1,2通道預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜的預(yù)測(cè)系數(shù)。本方案設(shè)計(jì)根據(jù)經(jīng)典的兩路信號(hào)相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式計(jì)算得到：

其中，和分別為1,2通道離散時(shí)域幀信號(hào)的均值，計(jì)算公式如下：

，。

步驟4：對(duì)1,2通道離散時(shí)域幀信號(hào)加窗函數(shù)后進(jìn)行fft變換，得到兩個(gè)通道幀信號(hào)的頻譜系數(shù)，將1通道幀信號(hào)的第個(gè)頻譜系數(shù)記為，2通道幀信號(hào)的第個(gè)頻譜系數(shù)記為：。

其中，窗函數(shù)選擇性較多，主要有矩形窗，漢明窗，漢寧窗等，根據(jù)實(shí)際需要和效果，可以選擇不同的加窗函數(shù)，在本發(fā)明實(shí)例中，矩形窗具有更好的效果，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)選用矩形窗作為fft變換加窗函數(shù)。

步驟5：根據(jù)步驟4得到的1通道，2通道幀頻譜系數(shù)，計(jì)算1通道，2通道幀信號(hào)功率譜，分別記為，，公式如下所示：

，。

其中，幀信號(hào)功率譜為幀信號(hào)離散傅里葉變換的幅值的平方。一般頻譜系數(shù)是由實(shí)部和虛部?jī)刹糠纸M成，對(duì)任意頻譜系數(shù)均可表示為，為其實(shí)部部分，為其虛部部分，則其相應(yīng)的功率譜計(jì)算公式可表示為：。

本發(fā)明方案對(duì)1,2通道的含噪信號(hào)功率譜和噪聲信號(hào)功率譜分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果獲得對(duì)當(dāng)前幀信號(hào)進(jìn)行濾波的自適應(yīng)頻域增益系數(shù)。為了實(shí)時(shí)的更新通話過(guò)程中的語(yǔ)音成分和噪聲成分以使得預(yù)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確，預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜及噪聲功率譜的獲得依據(jù)前一相鄰幀和當(dāng)前幀兩者的信號(hào)功率譜及噪聲功率譜。本發(fā)明方案設(shè)置幀信號(hào)功率譜緩存器來(lái)存儲(chǔ)相鄰前一幀的信號(hào)功率譜，設(shè)置噪聲功率譜緩存器來(lái)存儲(chǔ)相鄰前一幀的噪聲功率譜。將所述功率譜緩存器中存儲(chǔ)的前一相鄰幀的1,2通道信號(hào)功率譜分別記為，，將噪聲功率譜緩存器中存儲(chǔ)的相鄰前一幀噪聲功率譜記為。

步驟6：根據(jù)噪聲功率譜緩存器中的噪聲功率譜和由步驟5計(jì)算得到的當(dāng)前幀的信號(hào)功率譜計(jì)算得到當(dāng)前幀的噪聲功率譜。將1,2通道當(dāng)前幀的噪聲功率譜分別記為，計(jì)算公式如下所示：

，

。

其中，對(duì)于第一幀信號(hào)，其噪聲緩存器中存放的是初始化的數(shù)據(jù)，通常情況下為全０數(shù)據(jù)，之后的幀所用到的噪聲緩存器中的數(shù)據(jù)則為其前一相鄰幀的噪聲功率譜。由于一般在VoIP終端通話建立成功到正式通話之間會(huì)有短暫的間隔時(shí)間，這期間，麥克風(fēng)采集的兩個(gè)通道信號(hào)基本上均為噪聲信號(hào)成分，這個(gè)時(shí)間間隔一般為2s左右。本發(fā)明設(shè)計(jì)將這段噪音間隔假設(shè)為0.5s，由于本發(fā)明案例中語(yǔ)音信號(hào)的采樣率為16khz，因此0.5的間隔即為前50幀的離散數(shù)字信號(hào)，其基本為噪聲信號(hào)，因此在前50幀對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行跟蹤預(yù)測(cè)。為了避免將語(yǔ)音信號(hào)誤判為噪聲成分而對(duì)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤干擾，對(duì)50幀后的信號(hào)不再進(jìn)行噪聲跟蹤預(yù)測(cè)，而是以前50幀預(yù)測(cè)得到的穩(wěn)定噪聲作為幀噪聲信號(hào)來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜。

步驟7：根據(jù)預(yù)測(cè)信噪比，步驟3中計(jì)算的相關(guān)系數(shù)模值，步驟5中計(jì)算的當(dāng)前幀信號(hào)功率譜，信號(hào)功率譜緩存器中的數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜。預(yù)測(cè)信噪比是根據(jù)其中1個(gè)通道的相鄰前一幀信號(hào)的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜和噪聲信號(hào)功率譜計(jì)算預(yù)測(cè)信噪比，記為，本發(fā)明方案中不影響的選擇1通道來(lái)計(jì)算。預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜是依據(jù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)對(duì)信號(hào)功率譜和信號(hào)功率譜緩存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算得到。將自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)記為，其是依據(jù)和進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)得到的。將1,2通道的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜記為。由于預(yù)測(cè)信噪比的計(jì)算需要根據(jù)相鄰前一幀的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜與噪聲功率譜，因此本發(fā)明設(shè)置預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜緩存器，將其中存儲(chǔ)的1,2通道相鄰前一幀的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜記為。

7-a. 根據(jù)預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜緩存中的數(shù)據(jù)和噪聲功率譜緩存器中的數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)信噪比：

，。

7-b. 根據(jù)預(yù)測(cè)信噪比的大小對(duì)自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)的值進(jìn)行計(jì)算：

，。

7-c. 為了避免自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)過(guò)大或過(guò)小對(duì)預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜造成影響，對(duì)其取值范圍進(jìn)行調(diào)整，使其取值范圍控制在0-0.95：

。

7-d. 根據(jù)自適應(yīng)預(yù)測(cè)系數(shù)計(jì)算得到預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜：

，

，。

其中，對(duì)于第一幀信號(hào)，信號(hào)功率譜緩存器，預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜緩存器中的數(shù)據(jù)均是初始化的數(shù)據(jù)，通常情況下為全０數(shù)據(jù)，對(duì)于其他幀信號(hào)，其中存放的則為相應(yīng)相鄰前一幀的數(shù)據(jù)。在計(jì)算得到當(dāng)前幀的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜后對(duì)本發(fā)明案例中所述三個(gè)緩存器即噪聲功率譜緩存器，信號(hào)功率譜緩存器，預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜緩存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。

步驟8：根據(jù)上述步驟6得到的噪聲功率譜和步驟7得到的預(yù)測(cè)信號(hào)功率譜，計(jì)算當(dāng)前幀信號(hào)的頻域系數(shù)自適應(yīng)調(diào)整增益。將1通道幀信號(hào)的第根頻線對(duì)應(yīng)的增益記為，2通道幀信號(hào)的第根頻線對(duì)應(yīng)的增益記為，其計(jì)算公式如下所示：

，。

其中，

，，。

其中，為兩個(gè)通道預(yù)測(cè)語(yǔ)音信號(hào)的差值信號(hào)，而和分別為1，2通道的信道參數(shù)，，是根據(jù)維納濾波器改進(jìn)得到的頻域自適應(yīng)濾波增益。

步驟9：根據(jù)步驟8中得到的信號(hào)頻域調(diào)節(jié)增益對(duì)1，2通道的幀信號(hào)進(jìn)行濾波處理，再將濾波后的頻域系數(shù)反變換成時(shí)域信號(hào)，即得到經(jīng)過(guò)基于雙聲道功率譜自適應(yīng)預(yù)測(cè)的降噪方法降噪處理后的1,2通道語(yǔ)音信號(hào)，將1通道降噪后的幀信號(hào)記為，2通道降噪后的幀信號(hào)記為，其中，為反傅里葉變換：

。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。