本發(fā)明涉及音頻降噪技術領域，特別是涉及一種噪聲抑制方法、音頻處理芯片、音頻信號處理模組及藍牙設備。

背景技術：

麥克風是一種應用廣泛的電聲換能設備，其可以將聲信號轉換為相應的電信號。該電信號為具有特定頻率、幅度以及相位的連續(xù)變化的模擬信號，能夠反映聲信號的特性。

麥克風在采集聲信號的過程中，采集的是周圍環(huán)境的整體聲信號，并不能針對某種特定的信號采集。因此，當應用于無線通話或者其它實時通話設備時，通常會同時采集周圍環(huán)境中混雜的多種噪聲，導致用戶的真實聲音被掩蓋，影響通話質量。

慣常的，為了改善通話質量，會針對不同類型的噪聲，對麥克風采集的原始電信號進行相應的濾波處理，盡可能的將目標信號從采集到的整體的電信號中提取出來，保證良好的通信質量。

通常，周圍環(huán)境中的噪聲可以分為來自周邊環(huán)境的環(huán)境噪聲以及來自揚聲器自身產生的回聲兩種。而在電信號濾波過程中，對這兩種信號分別采用不同的濾波模塊進行處理。

在實現(xiàn)本發(fā)明過程中，申請人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術存在以下問題：現(xiàn)有的信號降噪處理過程中，對于環(huán)境噪聲以及回聲降噪是分開獨立進行的，這樣需要占用比較多的系統(tǒng)資源。并且，兩個降噪模塊之間獨立處理的效果不夠穩(wěn)定，通常需要使用多個麥克風的降噪策略，導致成本的增加。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供一種噪聲抑制方法、音頻處理芯片、音頻信號處理模組及藍牙設備，能夠解決現(xiàn)有的語音降噪效果不穩(wěn)定，消耗系統(tǒng)資源多的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供了一種噪聲抑制方法。該方法包括：

采集至少一段語音信號；

將所述語音信號從時域表示轉換為頻域表示；

在頻域中，對所述語音信號執(zhí)行預設的回聲消除處理和預設的噪聲消除處理后，獲得目標信號；

將所述目標信號從頻域表示轉換為時域表示。

可選地，所述噪聲消除處理具體包括：估算用以表示噪聲的噪聲參數(shù)；根據(jù)所述噪聲參數(shù)，對輸入信號執(zhí)行對應的噪聲濾波。

可選地，所述回聲消除處理具體包括：使用根據(jù)參考信號和語音信號確定的自適應濾波器，計算回聲信號的估計；對輸入信號和回聲信號的估計反向求和，獲得回聲消除信號；對所述回聲消除信號進行非線性處理。

可選地，所述在頻域中，對所述語音信號執(zhí)行預設的回聲消除處理和預設的噪聲消除處理后，獲得目標信號，具體包括：

在頻域中，將所述語音信號作為輸入信號，執(zhí)行預設的回聲消除處理；

對執(zhí)行預設的回聲消除處理后的語音信號執(zhí)行預設的噪聲消除處理，獲得目標信號。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例還提供了一種音頻處理芯片。該芯片包括：信號輸入端、運算器以及信號輸出端；

所述信號輸入端，用于接收至少一段采集的語音信號；

所述運算器包括：域轉換模塊以及噪聲處理模塊，

所述域處理模塊，用于將所述語音信號從時域表示轉換為頻域表示；

所述噪聲處理模塊，用于在頻域中，對所述語音信號執(zhí)行預設的回聲消除處理和預設的噪聲消除處理后，獲得目標信號；

所述域轉換模塊還用于：將所述目標信號從頻域表示轉換為時域表示；

所述信號輸出端，用于輸出以時域表示的所述目標信號。

可選地，所述噪聲處理模塊在執(zhí)行噪聲消除處理時，具體用于：在估算用以表示噪聲的噪聲參數(shù)；根據(jù)所述噪聲參數(shù)，對輸入信號執(zhí)行對應的噪聲濾波。

可選地，所述噪聲處理模塊在執(zhí)行回聲消除處理時，具體用于：使用根據(jù)參考信號和語音信號確定的自適應濾波器，計算回聲信號的估計；對輸入信號和回聲信號的估計反向求和，獲得回聲消除信號；對所述回聲消除信號進行非線性處理。

可選地，所述噪聲處理模塊具體用于：在頻域中，將所述語音信號作為輸入信號，執(zhí)行預設的回聲消除處理；對執(zhí)行預設的回聲消除處理后的語音信號執(zhí)行預設的噪聲消除處理，獲得目標信號。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例還提供了一種音頻信號處理模組。其包括：用于接收語音信號的信號輸入端、用于輸出目標信號的信號輸出端、至少一個處理器；以及，與所述至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，所述存儲器存儲有可被所述至少一個處理器執(zhí)行的指令程序，所述指令程序被所述至少一個處理器執(zhí)行，以使所述至少一個處理器執(zhí)行：將信號輸入端輸入的語音信號從時域表示轉換為頻域表示；在頻域中，對所述語音信號執(zhí)行預設的回聲消除處理和預設的噪聲消除處理后，獲得目標信號；將所述目標信號從頻域表示轉換為時域表示，從信號輸出端輸出。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例還提供了一種藍牙設備。該藍牙設備包括：麥克風、揚聲器、藍牙通信模組以及處理單元，所述麥克風、揚聲器以及藍牙通信模組與所述處理單元耦合；所述揚聲器用于播放來自所述處理單元的音頻信號；所述藍牙通信模組用于與至少一個藍牙設備建立藍牙連接；

所述處理單元至少包括一個如上所述的音頻處理芯片，用以處理所述麥克風采集的語音信號。

本發(fā)明實施例中提供的噪聲抑制方法、音頻處理芯片、音頻信號處理模組及藍牙設備。其通過將噪聲消除和回音消除兩個不同的模塊中相同的，可以合并的部分進行整合，從而在一個通路上進行濾波、消除，更好的實現(xiàn)對于對于麥克風采集信號的噪聲消除，提高通話質量。

附圖說明

一個或多個實施例通過與之對應的附圖中的圖片進行示例性說明，這些示例性說明并不構成對實施例的限定，附圖中具有相同參考數(shù)字標號的元件表示為類似的元件，除非有特別申明，附圖中的圖不構成比例限制。

圖1為本發(fā)明實施例提供的麥克風采集語音信號的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的應用環(huán)境的示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的噪聲抑制方法的方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的噪聲消除方法的方法流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的回聲消除方法的方法流程圖；

圖6為本發(fā)明另一實施例提供的噪聲抑制方法的方法流程圖；

圖7為本發(fā)明實施例提供的音頻處理芯片的結構框圖；

圖8為本發(fā)明實施例提供的藍牙設備的結構框圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

在本發(fā)明實施例中，將麥克風采集信號的噪聲分為回聲以及環(huán)境噪聲兩大部分。在操作過程中，需要分別對這兩部分噪聲進行處理，消除抑制該噪聲從而達到良好的通話質量或者實現(xiàn)較好的語音識別效果。

通常，如圖1所示，回聲是由通話設備的揚聲器與麥克風之間的聲學耦合所導致的。在無線電話、有線電話或者免提設備等設備中，均會因揚聲器的聲信號反射后被麥克風拾取而發(fā)生。

環(huán)境噪聲，又稱“背景噪聲”。如圖1所示，其是由通話設備使用的環(huán)境或者場合中的背景音源所導致的，例如是車站、機場、嘈雜的市區(qū)道路等場合中較為明顯的背景音源。環(huán)境噪聲通?？梢岳斫鉃槭情L時間平穩(wěn)存在的噪聲。

圖2為本發(fā)明實施例提供的應用環(huán)境示意圖。如圖2所示，該應用環(huán)境包括：揚聲器10、麥克風20、音頻信號處理模組30以及使用環(huán)境40。

揚聲器10在通話過程中發(fā)出聲音11，經過使用環(huán)境40中，例如墻壁、用戶的面部等實體反射后，被麥克風20所采集。所述揚聲器10具體可以采用任何合適的，播放音頻的設備，例如立體聲耳機、藍牙耳機、免提電話，移動電話等。

使用環(huán)境40中也存在有自身的背景噪聲41，這樣的背景噪聲41也會被麥克風20所采集。背景噪聲41具體由使用環(huán)境所決定，例如是機場、市區(qū)道路或者車站等的背景聲。

用戶在通話過程中，也會發(fā)出聲音。這樣的聲音也由麥克風20所采集。在此，使用“人聲”這樣的術語表示用戶發(fā)出的聲音(即麥克風期待獲取的聲音)。

亦即，在使用過程中，麥克風20采集到的聲信號是由回聲、背景噪聲以及用戶通話過程中發(fā)出的聲音合成的。

經由麥克風20采集獲得的聲信號輸入到音頻信號處理模組30中進行處理。所述音頻信號處理模組30中包括了用于進行回聲消除的回聲消除模塊以及用于進行背景噪聲抑制的降噪模塊。通過這兩個模塊，可以盡可能的減少上述兩種噪聲的影響。從麥克風采集的聲信號中提取用戶通話中，用戶發(fā)出的聲音，以保證通話的質量。

所述音頻信號處理模組30具體可以是任何合適類型的邏輯運算器件或者電子計算平臺，例如dsp或者其它類型的處理器。

在本發(fā)明實施例中，所述揚聲器10、麥克風20、音頻信號處理模組30可以是同一個設備中各個分立的模塊，例如手機、電話機或者其它的通信設備。在另一些實施例中，所述揚聲器10、麥克風20、音頻信號處理模組30還可以是分別設置在分立的電子設備中的各個部分。

當然，還可以根據(jù)實際情況的需要，在所述應用環(huán)境中增加或者減省一些功能模塊，例如，增加用于無線音頻傳輸?shù)乃{牙模塊或者wifi模塊。

該應用環(huán)境具體可以是多種不同的，需要獲得干凈純凈的語音信號的應用場合。例如，需要進行語音識別或者需要進行遠程通話的應用場合，應用該噪聲抑制方法來提供清晰的語音信號(即目標的人聲)。

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種噪聲抑制方法。該方法可以在所述音頻信號處理模組30中執(zhí)行，用以消除回聲和環(huán)境噪聲。如圖3所示，該方法可以包括如下步驟：

301、采集至少一段語音信號。該語音信號可以是由圖2中所示的麥克風20所采集。該語音信號是整合了回聲、背景以及人聲的混合信號。在本實施例中，目標是從語音信號中，濾除回聲以及背景信號。

302、將所述語音信號從時域表示轉換為頻域表示。時域和頻域表示是對同一信號的兩種不同描述方式。頻域是一種用于描述信號在頻率方面的特性時所使用的坐標系。在頻域中，可以廣泛的應用于某些非線性系統(tǒng)以及可以方便的設計出能夠有效抑制噪聲的系統(tǒng)。時域信號可以通過傅里葉變換的方式轉換為頻域信號，從而進行頻域分析。

303、在頻域中，對所述語音信號執(zhí)行預設的回聲消除處理和預設的噪聲消除處理后，獲得目標信號。

回聲消除處理和噪聲消除處理具體可以采用現(xiàn)有技術中任何合適的方法完成。一般的，噪聲消除需要根據(jù)噪聲的估計進行濾波。而回聲消除處理主要通過一個自適應濾波器來模擬揚聲器輸出的信號的反射函數(shù)，來確定回聲的估計，并進一步的反向求和以完成回聲消除處理。

304、將所述目標信號從頻域表示轉換為時域表示。語音信號完成回聲消除處理和噪聲消除處理后，既可以重新從頻域轉換為時域，輸出至后端進行進一步的處理，例如，輸出至藍牙模塊中，通過藍牙無線傳輸?shù)姆绞?，傳輸處理后的語音信號，或者輸出至處理器中，執(zhí)行與語音信息相關的計算。

本發(fā)明實施例中，整合了回聲消除以及噪聲消除中相同的部分，同時在頻域上對回聲消除和噪聲消除進行處理，可以有效的抑制噪聲的同時提升回聲消除的效果。

以下通過圖4和圖5所示的方法流程圖，具體的闡述在本發(fā)明實施例中，可以應用的噪聲消除以及回聲消除的方法。

圖4為本本發(fā)明實施例提供的，具體執(zhí)行噪聲消除的方法流程圖。如圖4所示，該噪聲消除主要包括如下的兩個步驟：

首先，需要對輸入信號進行噪聲的分析估算，估算用以表示噪聲的噪聲參數(shù)(步驟401)。分析估算的目標在于確定長時間平穩(wěn)存在的環(huán)境噪聲的一些表示參數(shù)的估計，通過這些估計來確定或者定義環(huán)境噪聲。

然后，根據(jù)所述噪聲參數(shù)，對輸入信號執(zhí)行對應的噪聲濾波(步驟402)。噪聲分析估計后，具體可以根據(jù)實際情況，選擇使用合適的濾波器實現(xiàn)對于環(huán)境噪聲消除。

圖5為本發(fā)明實施例提供的，具體執(zhí)行回聲消除的方法流程圖。如圖5所示，所述回聲消除方法包括：

首先，使用根據(jù)參考信號和語音信號確定的自適應濾波器，計算回聲信號的估計(步驟501)。自適應濾波器是一種使用自適應算法改變?yōu)V波器參數(shù)和結構的濾波器。

自適應濾波器具體可以使用任何合適的自適應算法，來實現(xiàn)濾波器參數(shù)或者系數(shù)的更新，例如最小均方算法(lms)或者是歸一化最小均方算法(nlms)。

在回聲消除過程中，使用自適應濾波器來確定(或者模擬)回聲路徑對應的函數(shù)。通?；芈暵窂绞且粋€不可知的，復雜的環(huán)境(例如會隨著人的移動而變化、聲音的傳播路徑改變等)。因此，使用自適應濾波器具有根據(jù)輸入數(shù)據(jù)的時變特性可以滿足這樣的未知環(huán)境中的使用要求。

參考信號是源自于揚聲器的播放信號，其輸入到一個可以使用的自適應濾波器后，便會產生與回聲相接近的，回聲的估計。其基于這樣的假設來執(zhí)行回聲消除：

播放信號一方面通過揚聲器播放，播放后的聲信號在經過反射后，作為回聲信號，被麥克風拾取。播放信號另一方面輸入到自適應濾波器中，經過自適應濾波器，模擬出回聲信號的估計。然后，通過對麥克風的輸入信號和所述回聲信號的估計進行反向求和，即可獲得回聲消除信號(步驟502)。

顯然的，自適應濾波器模擬獲得的回聲信號的估計與真實的回聲信號之間仍然會存在一定的殘差。因此，最后還可以對所述回聲消除信號進行非線性處理(步驟503)。

非線性處理(nlp)主要目的在于去除非線性部分以實現(xiàn)對上述殘差的處理，其主要原理是通過去除所有低于某個電平閾值的信號，并且使用舒適的仿真噪聲背景來替代。

可選地，在進入自適應濾波前，還可以對信號進行其它的信號處理，例如如圖5所示的，可以首先對信號進行能量估算(步驟504)，然后進行特定頻率的濾波以及差值估算等(步驟505)。

圖6為本發(fā)明實施例提供的，應用圖4和圖5所示的噪聲消除以及回聲消除的方法的完整的方法流程圖。

如圖6所示，在本實施例中，麥克風采集獲得的語音信號首先通過傅里葉變換等方式，從時域表示轉換為頻域表示(步驟601)。

然后，對該信號進行諸如能量估算(步驟602)以及濾波、差值估算(步驟603)的處理后，結合參考信號，通過使用nlms的自適應算法更新系數(shù)的自適應濾波器(步驟604)實現(xiàn)對于回聲的估計并通過反向求和消除回聲。最后，對信號執(zhí)行非線性處理(步驟605)，消除殘余的非線性回聲。

在完成回聲消除后，進一步進行噪聲消除。首先，對平穩(wěn)長時間存在的環(huán)境噪聲進行分析估算，確定環(huán)境噪聲的表示(步驟606)。然后，根據(jù)這些獲得環(huán)境噪聲的估計，進行對應的噪聲消除操作(步驟607)。

最后，將消除了回聲和噪聲后的信號，重新從頻域轉變?yōu)闀r域表示(步驟608)，得到清晰的，可以使用的人聲信號。當然，該人聲信號可以應用于進行通話或者語音識別，語音控制等。

在本實施例中，均在頻域上連續(xù)的對語音信號進行回聲消除和噪聲消除的處理，優(yōu)先進行回聲消除后再進行噪聲消除可以避免噪聲消除中因噪音附著而導致的信號失真，從而減少回聲消除過程中，回聲信號的誤判的可能性。這樣的，可以有效的抑制噪聲，同時提升回音消除的性能。

本發(fā)明實施例還進一步提供一種可用于執(zhí)行上述噪聲抑制方法的音頻處理芯片。該音頻處理芯片可以在任何合適類型的電子設備中運行，用以輸出由特定目標發(fā)出的，清晰音頻信號。

圖7為本發(fā)明實施例提供的音頻處理芯片的結構框圖。如圖7所示，該音頻處理芯片包括：信號輸入端701、運算器702以及信號輸出端703。

其中，所述信號輸入端701用于接收至少一端采集的語音信號。該語音信號可以來自于應用環(huán)境中的麥克風或者其它類型的電聲換能設備。

所述運算器702包括：域轉換模塊7021以及噪聲處理模塊7022。所述域轉換模塊7022用于將所述語音信號從時域表示轉換為頻域表示；并且將所述目標信號從頻域表示轉換為時域表示。

所述噪聲處理模塊7021包括可以包括兩個功能單元，分別用于在頻域中，執(zhí)行預設的回聲消除處理以及執(zhí)行預設的噪聲消除處理。，形成目標信號，從所述信號輸出端703輸出。

在本實施例中，音頻處理芯片由所述噪聲處理模塊7022，合并了回聲消除處理和噪聲消除處理之間的部分步驟。這樣的，在頻域分析過程中，依次完成回聲和噪聲的消除而不是獨立處理，從而在單麥克風的方案中，提供更清晰、準確的目標人聲。

在一些實施例中，所述噪聲處理模塊7022首先執(zhí)行所述回聲消除處理，然后再執(zhí)行噪聲消除處理。這樣的方式，可以有效的抑制噪聲的同時提升回音消除的性能。

需要說明的是，由于上述實施例提供的音頻處理芯片可用以執(zhí)行上述方法實施例及其任意的組合，因此，方法實施例中的相應內容同樣適用于本音頻處理芯片，可以由音頻處理芯片對應的功能模塊所執(zhí)行，此處不再詳述，例如，上述方法實施例中揭露的噪聲消除和回聲消除的具體的方法也可以被所述噪聲處理模塊所執(zhí)行。

當然，上述噪聲處理模塊7022以及域轉換模塊7021既可以是由單純的硬件電路實現(xiàn)，例如實現(xiàn)傅里葉變換的硬件電路。在另一些實施例中，其也可以通過處理器調用存儲器中相應的可執(zhí)行程序這樣的軟硬件結合的方式實現(xiàn)。

圖8為本發(fā)明實施例提供的藍牙設備的硬件結構示意圖，如圖8所示，該藍牙設備包括：麥克風801、揚聲器802、一個或多個處理單元803、存儲器804以及藍牙通信模組805。圖8中以一個處理器803為例。在一些實施例中，其還可以包括：輸入裝置和輸出裝置。

麥克風801、揚聲器802、一個或多個處理單元803、存儲器804、藍牙通信模組805、輸入裝置和輸出裝置可以通過總線或者其他方式連接，圖8中以通過總線連接為例。

麥克風801和揚聲器802均可以為任何合適的類型或者型號的電聲換能器件，分別用以拾取音頻信號，轉換為對應電信號。所述揚聲器802根據(jù)輸入的音頻信號，播放相應的聲信號。

存儲器804作為一種非易失性計算機可讀存儲介質，可用于存儲非易失性軟件程序、非易失性計算機可執(zhí)行程序以及模塊，如本申請實施例中的噪聲抑制方法對應的程序指令/模塊。處理單元803包括以上實施例揭露的音頻處理芯片，可以通過運行存儲在存儲器804中的非易失性軟件程序、指令以及模塊，從而執(zhí)行相應的功能應用以及數(shù)據(jù)處理，通過藍牙通信模組805將所述噪聲抑制方法獲得的人聲信號傳輸至其它設備。

存儲器804可以包括存儲程序區(qū)和存儲數(shù)據(jù)區(qū)，其中，存儲程序區(qū)可存儲操作系統(tǒng)、至少一個功能所需要的應用程序，存儲數(shù)據(jù)區(qū)可存儲根據(jù)音頻處理芯片的使用所創(chuàng)建的數(shù)據(jù)等。此外，存儲器804可以包括高速隨機存取存儲器，還可以包括非易失性存儲器，例如至少一個磁盤存儲器件、閃存器件、或其他非易失性固態(tài)存儲器件。

在一些實施例中，存儲器804可選包括相對于處理器803遠程設置的存儲器，這些遠程存儲器可以通過網絡連接至所述藍牙設備。上述網絡的實例包括但不限于互聯(lián)網、企業(yè)內部網、局域網、移動通信網及其組合。

輸入裝置可接收輸入的數(shù)字或字符信息，以及產生與數(shù)據(jù)轉發(fā)裝置的用戶設置以及功能控制有關的鍵信號輸入。輸出裝置可包括顯示屏等顯示設備。所述一個或者多個模塊存儲在所述存儲器804中，當被所述一個或者多個處理器803執(zhí)行時，執(zhí)行上述任意方法實施例中的噪聲抑制方法。

本領域技術人員應該還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的示例性的噪聲抑制步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。

本領域技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。所述的計算機軟件可存儲于計算機可讀取存儲介質中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內。