本發(fā)明實(shí)施例涉及語(yǔ)音信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法和裝置及冰箱。

背景技術(shù)：

本部分向讀者介紹可能與本發(fā)明的各個(gè)方面相關(guān)的背景技術(shù)，相信能夠向讀者提供有用的背景信息，從而有助于讀者更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。因此，可以理解，本部分的說(shuō)明是用于上述目的，而并非構(gòu)成對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

當(dāng)前集成電路、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的白家電業(yè)出現(xiàn)了新的定位，冰箱不僅僅承載了保存食物的功能，也成為家庭網(wǎng)絡(luò)的一部分，可為家庭成員提供更多的智能化服務(wù)。在智能冰箱上，除了傳統(tǒng)控制功能之外，多出了許多人機(jī)交互功能，語(yǔ)音控制也變成了一種趨勢(shì)。智能冰箱的很多場(chǎng)景會(huì)用到麥克風(fēng)獲取語(yǔ)音，由于房間內(nèi)的回響很大，環(huán)境噪聲和信號(hào)是非穩(wěn)態(tài)的，獲取的語(yǔ)音信號(hào)質(zhì)量的不到保證。如圖1所示，冰箱放置的環(huán)境(廚房、客廳等)通常有較大的噪聲，除了目標(biāo)說(shuō)話人的聲音之外，還有環(huán)境噪聲(例如揚(yáng)聲器正在播報(bào)的聲音)干擾說(shuō)話人的語(yǔ)音。傳統(tǒng)的單麥克無(wú)論是錄音還是用作識(shí)別都起不到良好的效果。而基于單麥克的語(yǔ)音增強(qiáng)技術(shù)，如維納濾波、卡爾曼濾波等，在抑制噪聲的情況下也會(huì)讓語(yǔ)音造成畸變，并無(wú)法解決上述問(wèn)題。

語(yǔ)音是寬帶信號(hào)，傳統(tǒng)的拾音方法無(wú)法在整帶寬提升語(yǔ)音質(zhì)量。房間內(nèi)的回響很大，傳統(tǒng)的拾音方法沒(méi)有有效的回音消除技術(shù)。環(huán)境和信號(hào)是非穩(wěn)態(tài)的，傳統(tǒng)的拾音方法無(wú)法應(yīng)對(duì)變化的噪聲。噪音和語(yǔ)音有類似的頻譜特性，傳統(tǒng)的拾音方法在降低噪聲的同時(shí)會(huì)讓語(yǔ)音造成畸變。在對(duì)話場(chǎng)景下，干擾說(shuō)話人的語(yǔ)音可能會(huì)對(duì)人機(jī)交互造成影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何消除房間內(nèi)環(huán)境噪音對(duì)語(yǔ)音控制信號(hào)的干擾。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明實(shí)施例提供一種語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法和裝置及冰箱，可以提高信噪比(SNR),另一方面可以進(jìn)行空間選擇，對(duì)所關(guān)注方向的語(yǔ)音進(jìn)行增強(qiáng)，對(duì)其他方向的語(yǔ)音進(jìn)行抑制。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法，包括：

麥克風(fēng)陣列采集當(dāng)前環(huán)境的多路語(yǔ)音信號(hào)；

對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步；

對(duì)同步的多路語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)。

可選地，所述對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步包括：

根據(jù)每個(gè)麥克風(fēng)和參考點(diǎn)之間的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行時(shí)間移動(dòng)，得到時(shí)間同步后的語(yǔ)音信號(hào)，同步后的語(yǔ)音信號(hào)按下式計(jì)算：

Y_α,n(k)＝Y(jié)_n[k+F_n(τ)]

＝α_n×s(k-τ)+V_α,n(k)

＝X_α,n(k)+V_α,n(k)

其中,Y_α,n(k)表示延時(shí)處理后的語(yǔ)音信號(hào)，Y_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)，F(xiàn)_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，X_n(k)當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)，V_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)，α_n是第n個(gè)麥克風(fēng)的衰減因子，s(k)是未知信號(hào)源的音頻信號(hào)，k表示當(dāng)前時(shí)刻，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的延時(shí)。

可選地，所示對(duì)同步的多路語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)按下式計(jì)算：

其中，Z_DS(k)表示降噪拾音處理后輸出的語(yǔ)音信號(hào)，Y_α,n(k)表示時(shí)間同步后的音頻信號(hào)，α_n是第n個(gè)麥克風(fēng)的衰減因子，s(k)是未知信號(hào)源的音頻信號(hào)，k表示當(dāng)前時(shí)刻，τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的時(shí)延，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)，V_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)。

可選地，還包括：對(duì)采集的多路語(yǔ)音信號(hào)自適應(yīng)波束成型處理，包括：

對(duì)采集的多路語(yǔ)音信號(hào)自適應(yīng)濾波處理，所述自適應(yīng)濾波處理后的音頻信號(hào)按下式計(jì)算：

Z_α,n(k)＝α^TY_α,n(k)-ω^TRY_α,n(k)

其中，Z_α,n(k)表示輸出的音頻信號(hào)，α^TY_α,n(k)是語(yǔ)音輸出參考信號(hào)，ω^TRY_α,n(k)是噪聲參考信號(hào)，R是阻塞矩陣。

可選地，所述阻塞矩陣R按下式計(jì)算：

可選地，還包括對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分子帶濾波處理：包括：

對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分解成多個(gè)頻域的子帶信號(hào)；

分別對(duì)分解的頻域子帶語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行濾波處理；

對(duì)所述濾波處理后的頻域子帶信號(hào)求和得到多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)；

對(duì)所述多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)合成時(shí)域語(yǔ)音信號(hào)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置，包括：

語(yǔ)音信號(hào)采集單元，用于采集當(dāng)前環(huán)境的多路語(yǔ)音信號(hào)；

同步單元：用于對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步；

降噪單元：用于對(duì)同步的多路語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)。

可選地，還包括自適應(yīng)波束濾波單元，用于對(duì)采集的多路語(yǔ)音信號(hào)自適應(yīng)濾波處理，利用到噪聲參考信號(hào)，通過(guò)迭代算法更新權(quán)重抑制噪聲。

可選地，還包括分子帶濾波處理單元，包括：

信號(hào)分解單元，用于對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分解成多個(gè)頻域的子帶信號(hào)；

濾波單元，分別對(duì)分解的頻域子帶語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行濾波處理；

信號(hào)合成單元，用于對(duì)所述濾波處理后的頻域子帶信號(hào)求和得到多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)；

信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)合成時(shí)域語(yǔ)音信號(hào)。

再一方面，本發(fā)明還提供一種冰箱，包括上述的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明實(shí)施例提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法和裝置及冰箱，通過(guò)自帶濾波方式再整帶寬提升語(yǔ)音質(zhì)量，通過(guò)權(quán)重相加的方式不會(huì)改變語(yǔ)音特性，可以有效消除回音，在提高信噪比的同時(shí)利用方向選擇特性對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)備噪聲干擾環(huán)境示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法流程示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法流程示意圖；

圖4為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法流程示意圖；

圖5為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中麥克風(fēng)陣列示意圖；

圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪效果示意圖；

圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪效果示意圖；

圖8為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法流程示意圖；

圖9為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法流程示意圖；

圖10為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施示中語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下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。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法，包括：麥克風(fēng)陣列采集當(dāng)前環(huán)境的多路語(yǔ)音信號(hào)；對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步；對(duì)同步的多路語(yǔ)音信號(hào)根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)放大并求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)。下面對(duì)本發(fā)明和提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法展開詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖2、圖3所示，在麥克風(fēng)陣列中每個(gè)麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)記為Y(k)，而該音頻信號(hào)Y(k)既包括語(yǔ)音信號(hào)X(k)也包括噪聲信號(hào)V(k)，麥克風(fēng)陣列接收到的音頻信號(hào)如式(1)所示：

Y(k)＝X(k)+V(k) (1)

其中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，Y(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)，X(k)當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)，V(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)。

具體地，如圖3所示，由于麥克風(fēng)陣列中不同位置的麥克風(fēng)與發(fā)出指令的目標(biāo)位置之間的距離不同導(dǎo)致不同位置的麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)的強(qiáng)度不同，語(yǔ)音信號(hào)X(k)和噪聲信號(hào)V(k)均不同，因此需要將每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步。

麥克風(fēng)陣列中每個(gè)麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)如式(2)所示。

Y_n(k)＝X_n(k)+V_n(k) (2)

其中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，Y_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)，X_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)，V_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k表示麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)。

如圖3、圖4所示，對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步包括計(jì)算每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)延和根據(jù)每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步。

具體地，同步過(guò)程是延時(shí)(或者提前)每個(gè)麥克風(fēng)的輸出，讓感興趣區(qū)域的信號(hào)同步。每個(gè)麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差(TDOA)是無(wú)法預(yù)知的，需要通過(guò)陣列的時(shí)間延時(shí)估計(jì)來(lái)得到。

每個(gè)麥克風(fēng)的時(shí)延可以通過(guò)現(xiàn)有的方法得到。對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)延估計(jì)方法有很多種。具體例如，通過(guò)各個(gè)信號(hào)之間的相關(guān)性，找到相關(guān)峰的位置。從統(tǒng)計(jì)意義上說(shuō)，相關(guān)值最大的地方是信號(hào)間同步的地方，基于這個(gè)思路可以得到信號(hào)間的時(shí)間差。但由于房間中有混響存在，且語(yǔ)音信號(hào)是寬帶信號(hào)，通過(guò)相關(guān)值估計(jì)誤差較大。例如，對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)延估計(jì)方法還可以采用表現(xiàn)較好的有寬帶空間譜估計(jì)算法(MUSIC)得到。通過(guò)上述方法可以得到每個(gè)麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)延τ。

根據(jù)每個(gè)麥克風(fēng)接收到語(yǔ)音信號(hào)對(duì)每個(gè)麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步。由于不同位置的麥克風(fēng)離指令發(fā)出的目標(biāo)位置的距離不同導(dǎo)致同一音頻信號(hào)到達(dá)不同位置的麥克風(fēng)的時(shí)間不同。使不同麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)存在不同延時(shí)，麥克風(fēng)實(shí)際接收到的音頻信號(hào)是按式(3)計(jì)算的：

其中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，Y_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)，X_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)，V_n(k)表示當(dāng)前時(shí)刻k表示麥克風(fēng)陣列中的當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)；α_n是第n個(gè)麥克風(fēng)在時(shí)域的衰減因子；α_n取值在0-1之間,s(k)表示未知信號(hào)源的音頻信號(hào)，τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的時(shí)延，F(xiàn)_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差。

根據(jù)式(3)可知，麥克風(fēng)實(shí)際接收到的語(yǔ)音信號(hào)是按式(4)計(jì)算的：

X_a,n(k)＝X_n(k+F_n(τ)) (4)

其中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，X_a,n(k)麥克風(fēng)實(shí)際接收到的語(yǔ)音信號(hào)，X_n(k)當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào),F_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差。

根據(jù)式(3)可知，麥克風(fēng)實(shí)際接收到的噪音信號(hào)是按式(5)計(jì)算的：

V_a,n(k)＝V_n(k+F_n(τ)) (5)

其中，k表示當(dāng)前時(shí)刻，V_a,n(k)麥克風(fēng)實(shí)際接收到的噪音信號(hào)，V_n(k)當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào),F_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差。

根據(jù)每個(gè)麥克風(fēng)和參考點(diǎn)之間的到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行時(shí)間移動(dòng)，得到時(shí)間同步后的語(yǔ)音信號(hào)，同步后的語(yǔ)音信號(hào)按式(6)計(jì)算：

其中,k表示當(dāng)前時(shí)刻，Y_α,n(k)表示延時(shí)處理后的語(yǔ)音信號(hào)，Y_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)，F(xiàn)_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差，X_n(k)當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)，V_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)，α_n是第n個(gè)麥克風(fēng)的在時(shí)域的衰減因子，s(k)是未知信號(hào)源的音頻信號(hào)，k表示當(dāng)前時(shí)刻，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的延時(shí)。

如圖3、圖4所示，對(duì)時(shí)間同步后的多路語(yǔ)音信號(hào)根據(jù)語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)放大并求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)。將變換過(guò)的音頻信號(hào)增加相應(yīng)的權(quán)重值并相加，得到了得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)Z。降噪后的語(yǔ)音信號(hào)Z是變換后的各個(gè)信號(hào)乘以權(quán)重，求和。

這里假設(shè)當(dāng)前麥克風(fēng)陣列中各個(gè)麥克風(fēng)的權(quán)重相同，N組麥克風(fēng)，每個(gè)麥克風(fēng)接收到的信號(hào)的權(quán)重為1/N。對(duì)每個(gè)變換后的結(jié)果Y_α,n(k)求和。每個(gè)麥克風(fēng)的權(quán)重值可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定。下面以各個(gè)麥克風(fēng)接收信號(hào)權(quán)重相同的情況，降噪拾音處理后輸出的語(yǔ)音信號(hào)按式(7)計(jì)算：

其中，Z_DS(k)表示降噪拾音處理后輸出的語(yǔ)音信號(hào)，Y_α,n(k)表示時(shí)間同步后的音頻信號(hào)，α_n是第n個(gè)麥克風(fēng)在時(shí)域的衰減因子，s(k)是未知信號(hào)源的音頻信號(hào)，k表示當(dāng)前時(shí)刻，τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的時(shí)延，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)，V_n(k)表示當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的噪聲信號(hào)。

整個(gè)麥克風(fēng)陣列接收到的噪聲為各個(gè)麥克風(fēng)接收的噪聲信號(hào)之和。麥克風(fēng)陣列當(dāng)前時(shí)刻接收到的噪聲如式(8)所示：

整個(gè)麥克風(fēng)陣列接收到的語(yǔ)音信號(hào)為各個(gè)麥克風(fēng)接收的語(yǔ)音信號(hào)之和。麥克風(fēng)陣列當(dāng)前時(shí)刻接收到的語(yǔ)音信號(hào)如式(9)所示：

如圖5所示，信號(hào)的性噪比(SNR，SIGNAL-NOISE RATIO)是衡量語(yǔ)音信號(hào)降噪能的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于麥克風(fēng)接收到的噪比按式(10)計(jì)算：

其中，SNR表示噪聲信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的能量比，表示麥克風(fēng)收到語(yǔ)音信號(hào)的能量，表示麥克風(fēng)收到的噪聲信號(hào)的能量；表示麥克風(fēng)收到的音頻信號(hào)的能量，X_n(k)當(dāng)前麥克風(fēng)接收到的語(yǔ)音信號(hào)；X代表語(yǔ)音信號(hào)，V代表噪聲信號(hào)，s代表了未知信號(hào)源的音頻信號(hào)。通過(guò)式(10)表示變換后第一個(gè)傳感器的SNR是原始SNR的倍。

假定噪聲能量相同，所有的衰減因子＝1，噪聲不相關(guān)，所有噪聲信號(hào)的相關(guān)系數(shù)＝1，噪聲信號(hào)有類似的方差，可以推導(dǎo)出oSNR＝N×SNR。通過(guò)上述可以得到在降噪處理后噪聲信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)的能量比有明顯的提升。

權(quán)重相加的波束形成性能另一個(gè)表達(dá)方式是空間選擇性，通過(guò)傅立葉變化，可以得到對(duì)麥克風(fēng)接收到的音頻信號(hào)進(jìn)行濾波處理的濾波系數(shù)如式(11)所示：

其中，q表示第n個(gè)麥克風(fēng)在頻域的濾波系數(shù)，f表示聲波的頻率，j表示虛部。F_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差。n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示麥克風(fēng)個(gè)數(shù)。

如圖5所示，對(duì)于均勻間隔d的麥克風(fēng)陣列，第n個(gè)麥克風(fēng)(Y_n)相對(duì)于參考的麥克風(fēng)(Y₁)的時(shí)間差可以按式(12)計(jì)算：

F_n(τ)＝(n-1)τ＝d×cos(θ)/c (12)

其中，F(xiàn)_n(τ)是第一麥克風(fēng)和第n麥克風(fēng)之間音頻信號(hào)到達(dá)時(shí)間差,τ是從未知信號(hào)源到當(dāng)前麥克風(fēng)的時(shí)延，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示當(dāng)前麥克風(fēng)陣列中麥克風(fēng)的個(gè)數(shù)，d表示麥克風(fēng)之間的間距，θ是波束方向和麥克風(fēng)連線方向的夾角，c表示聲音在空氣中傳播的速度。

通過(guò)傅立葉變換，得到方向性的頻率響應(yīng)如式(13)所示：

其中，表示方向性的頻率響應(yīng)，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示當(dāng)前麥克風(fēng)陣列中麥克風(fēng)的個(gè)數(shù)，d表示麥克風(fēng)之間的間距，θ是波束方向和麥克風(fēng)連線方向的夾角，c表示聲音在空氣中傳播的速度。ψ表示需要增強(qiáng)方向和麥克風(fēng)連線方向的夾角。

對(duì)麥克風(fēng)整列中沒(méi)個(gè)麥克風(fēng)的放大系數(shù)是按式(14)計(jì)算的：

其中

其中，A表示對(duì)不同方向上的語(yǔ)音信號(hào)放大系數(shù)，方向性的頻率響應(yīng)，n為常數(shù)，n＝1、2、…、N，N表示當(dāng)前麥克風(fēng)陣列中麥克風(fēng)的個(gè)數(shù)，d表示兩個(gè)麥克風(fēng)之間的間距，θ是波束方向和麥克風(fēng)連線方向的夾角，c表示聲音在空氣中傳播的速度。ψ表示需要增強(qiáng)方向和麥克風(fēng)連線方向的夾角。

如圖6示出了在麥克風(fēng)數(shù)為8的麥克風(fēng)陣列對(duì)不同角度語(yǔ)音信號(hào)的放大系數(shù)示意圖。如圖6所示，對(duì)于不同角度傳輸?shù)男盘?hào)濾波器的增益不同，可以針對(duì)特定的角度進(jìn)行增強(qiáng)，具有空間選擇性?？梢赃_(dá)到選擇特定方向聲音的效果。如圖6、圖7所示，垂直于當(dāng)前麥克風(fēng)所在連線上的語(yǔ)音信號(hào)有明顯的增強(qiáng)。在其它方向上的音頻信號(hào)增強(qiáng)不明顯?？梢悦黠@看出可以通過(guò)簡(jiǎn)單的權(quán)重相加的已經(jīng)可以有較好的噪聲抑制效果，以及具有方向選擇性。但是也可以看出，信噪比的提升和麥克風(fēng)個(gè)數(shù)成正比，因此提升的效果有限，可以進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化。

在執(zhí)行上述方法抑制噪聲的同時(shí)還可以對(duì)接收的多路音頻信號(hào)執(zhí)行自適應(yīng)抵消處理形成自適應(yīng)波束，可以達(dá)到抑制波束形成器形成的噪聲殘留。同時(shí)在自適應(yīng)波束形成的基礎(chǔ)上也可以進(jìn)一步增加后置濾波器，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波器系數(shù)，增強(qiáng)輸出語(yǔ)音。具體地，如圖8所示，通過(guò)阻塞矩陣進(jìn)行噪聲估計(jì)，以達(dá)到更好的噪聲抑制效果，具體實(shí)現(xiàn)是估計(jì)R的參數(shù)。

將式(7)換一種更通用寫法，如式(15)所示：

Z(k)＝α^TY_α,n(k) (15)

其中，α^T表示α的轉(zhuǎn)置，α是麥克風(fēng)在時(shí)域的衰減因子，α^T＝[α₁，α₂,…α_n]，可以通過(guò)α的不同取值，讓得到不同的輸出。

如果公式(15)中示出的濾波系數(shù)都相同，則α₁至α_n都取1/N就得到式(7)。

接收的多路音頻信號(hào)執(zhí)行自適應(yīng)抵消處理形成自適應(yīng)波束的原理是利用到噪聲參考信號(hào)，通過(guò)迭代算法更新權(quán)重ω，抑制噪聲。執(zhí)行自適應(yīng)抵消處理輸出的音頻信號(hào)如式(16)所示。

Z_α,n(k)＝α^TY_α,n(k)-ω^TRY_α,n(k) (16)

其中，Z_α,n(k)表示自適應(yīng)抵消處理輸出的音頻信號(hào)，α^TY_α,n(k)是降噪拾音處理后輸出的語(yǔ)音信號(hào)，ω^TRY_α,n(k)是噪聲參考信號(hào)。α^T表示α的轉(zhuǎn)置，α是麥克風(fēng)在時(shí)域的衰減因子,R是n×n的阻塞矩陣。阻塞矩陣如式(17)所示計(jì)算：

采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法可以通過(guò)殘差信號(hào)，根據(jù)誤差最小的方法求解ω。其中該方法可以包括最大SNR，最小化均方誤差(MSE)，LCMV(線性約束最小方差)等，可以根據(jù)實(shí)際的情況選用。例如定義不同目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)目標(biāo)函數(shù)最大化，求解權(quán)重ω，求解過(guò)程可以用迭代法，如圖8所示，采用不同的濾波器得到不同的算法，即不同通道的幅度加權(quán)值是根據(jù)特定的最優(yōu)準(zhǔn)則進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

雖然上述方法可以提升的降噪效果，但降噪效果或有限。對(duì)于寬帶信號(hào)，并不能生成同樣的波束序列。為解決該問(wèn)題，可以通過(guò)將信號(hào)分解成若干個(gè)子帶信號(hào)，分別進(jìn)行濾波的方式實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)的處理，在整個(gè)帶寬下達(dá)到類似的效果。如圖9所示，具體的方法包括：對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分子帶濾波處理：包括：對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分解成多個(gè)頻域的子帶信號(hào)；分別對(duì)分解的頻域子帶語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行濾波處理；對(duì)所述濾波處理后的頻域子帶信號(hào)求和得到多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)；對(duì)所述多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)合成時(shí)域語(yǔ)音信號(hào)。

具體的方法是對(duì)寬帶語(yǔ)音信號(hào)分成不同頻段的多個(gè)子帶，對(duì)劃分后的不同頻段的語(yǔ)音信號(hào)分別濾波處理，并對(duì)濾波后的多路語(yǔ)音信號(hào)求和，對(duì)多路語(yǔ)音信號(hào)合并成一路語(yǔ)音信號(hào)，將頻域域的恢復(fù)成時(shí)域信號(hào)。對(duì)寬帶語(yǔ)音信號(hào)分成不同頻段，優(yōu)選可以進(jìn)行離散傅里葉變換DFT，將寬帶語(yǔ)音信號(hào)分成不同頻段的多個(gè)子帶并將不同頻段的語(yǔ)音信號(hào)由時(shí)域信號(hào)變換為頻域信號(hào)。對(duì)多路語(yǔ)音信號(hào)合并成一路語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選進(jìn)行傅里葉逆變換IDFT(InverseDiscreteFourierTransform)，將濾波后的不同頻段的多個(gè)子帶合并成一路語(yǔ)音信號(hào)。

具體地，如圖9所示，在時(shí)刻k，n個(gè)麥克風(fēng)分的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)M點(diǎn)離散傅里葉變換DFT分解成若干子帶信號(hào)(例如：Y₁(ω,M)、Y₂(ω,M)、……、Y_n(ω,M))，每個(gè)DFT得到M個(gè)輸出，稱為M個(gè)子帶。每個(gè)麥克風(fēng)的輸出的子帶信號(hào)分別經(jīng)過(guò)頻域?yàn)V波器H(例如：H₁(ω,M)、H₂(ω,M)、……、H_n(ω,M))進(jìn)行濾波，結(jié)果還是得到n個(gè)M維矢量Z_n(ω,M)(例如：Z₁(ω,M)、Z₂(ω,M)、……、Z_n(ω,M))，其中對(duì)Z做IDFT，得到時(shí)域輸出Z(k)；其中，

為了進(jìn)一步證明提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法的優(yōu)越性，，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述方法的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置，如圖10所示，該裝置包括：語(yǔ)音信號(hào)采集單元，用于采集當(dāng)前環(huán)境的多路語(yǔ)音信號(hào)；同步單元：用于對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行時(shí)間同步；降噪單元：用于對(duì)同步的多路語(yǔ)音信號(hào)加權(quán)求和得到降噪后的語(yǔ)音信號(hào)。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例和提供的可信訪問(wèn)認(rèn)證用戶終端展開詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置的工作原理和過(guò)程與上述的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法類似，可以參照上述的可信訪問(wèn)認(rèn)證處理方法，再此不再一一贅述了。

語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置還包括自適應(yīng)波束濾波單元，用于對(duì)采集的多路語(yǔ)音信號(hào)自適應(yīng)濾波處理，利用到噪聲參考信號(hào)，通過(guò)迭代算法更新權(quán)重抑制噪聲。

語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置，還包括分子帶濾波處理單元，包括：

信號(hào)分解單元，用于對(duì)采集到的多路語(yǔ)音信號(hào)分解成多個(gè)頻域的子帶信號(hào)；濾波單元，分別對(duì)分解的頻域子帶語(yǔ)音信號(hào)執(zhí)行濾波處理；信號(hào)合成單元，用于對(duì)所述濾波處理后的頻域子帶信號(hào)求和得到多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，用于對(duì)所述多路濾波處理后的頻域音頻信號(hào)合成時(shí)域語(yǔ)音信號(hào)。

為了進(jìn)一步證明提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置的優(yōu)越性，，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述裝置的冰箱，該冰箱包括上述的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理裝置。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例提供的語(yǔ)音信號(hào)降噪拾音處理方法和裝置及冰箱，通過(guò)自帶濾波方式再整帶寬提升語(yǔ)音質(zhì)量，通過(guò)權(quán)重相加的方式不會(huì)改變語(yǔ)音特性，可以有效消除回音，在提高信噪比的同時(shí)利用方向選擇特性對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行增強(qiáng)。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本申請(qǐng)的實(shí)施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。因此，本申請(qǐng)可采用完全硬件實(shí)施例、完全軟件實(shí)施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實(shí)施例的形式。而且，本申請(qǐng)可采用在一個(gè)或多個(gè)其中包含有計(jì)算機(jī)可用程序代碼的計(jì)算機(jī)可用存儲(chǔ)介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲(chǔ)器、CD-ROM、光學(xué)存儲(chǔ)器等)上實(shí)施的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式。

本申請(qǐng)是參照根據(jù)本申請(qǐng)實(shí)施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來(lái)描述的。應(yīng)理解可由計(jì)算機(jī)程序指令實(shí)現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合?？商峁┻@些計(jì)算機(jī)程序指令到通用計(jì)算機(jī)、專用計(jì)算機(jī)、嵌入式處理機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個(gè)機(jī)器，使得通過(guò)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的裝置。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可存儲(chǔ)在能引導(dǎo)計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中，使得存儲(chǔ)在該計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能。

這些計(jì)算機(jī)程序指令也可裝載到計(jì)算機(jī)或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的處理，從而在計(jì)算機(jī)或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實(shí)現(xiàn)在流程圖一個(gè)流程或多個(gè)流程和/或方框圖一個(gè)方框或多個(gè)方框中指定的功能的步驟。

需要說(shuō)明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來(lái)，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。術(shù)語(yǔ)“上”、“下”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明的說(shuō)明書中，說(shuō)明了大量具體細(xì)節(jié)。然而能夠理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對(duì)本說(shuō)明書的理解。類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡(jiǎn)本發(fā)明公開并幫助理解各個(gè)發(fā)明方面中的一個(gè)或多個(gè)，在上面對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè)實(shí)施例、圖、或者對(duì)其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋呈反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本發(fā)明要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多的特征。更確切地說(shuō)，如權(quán)利要求書所反映的那樣，發(fā)明方面在于少于前面公開的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。因此，遵循具體實(shí)施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實(shí)施方式，其中每個(gè)權(quán)利要求本身都作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。本發(fā)明并不局限于任何單一的方面，也不局限于任何單一的實(shí)施例，也不局限于這些方面和/或?qū)嵤├娜我饨M合和/或置換。而且，可以單獨(dú)使用本發(fā)明的每個(gè)方面和/或?qū)嵤├蛘吲c一個(gè)或更多其他方面和/或其實(shí)施例結(jié)合使用。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求和說(shuō)明書的范圍當(dāng)中。