專利名稱：一種具有加權(quán)增益平滑特性的噪聲抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及到通過減少聲譜來進(jìn)行噪聲抑制的方法。
本發(fā)明的背景技術(shù)在語音通信系統(tǒng)中，通常音頻噪聲抑制的目的是利用從所需的語音信號中過濾掉環(huán)境的背景噪聲，從而達(dá)到改進(jìn)所需的音頻或者語言信號的整個品質(zhì)。在具有異常高的背景噪聲的環(huán)境中，尤其需要這種語音增強(qiáng)方法。
現(xiàn)在來參考

圖1，它示出了一種采用頻譜減少(或者是頻譜的增益修正)的噪聲抑制器。本噪聲抑制器分別包括頻域和時域轉(zhuǎn)換器10和12，以及一個噪音衰減器14。
這個頻域轉(zhuǎn)換器10包括一個帶通濾波器的庫，其中帶通濾波器把音頻輸入信號分成單獨(dú)的頻帶。噪音衰減器14依照它們的噪音能量大小對特定的頻帶進(jìn)行衰減。為了這么做，衰減器14包括一個估算值器16和一個頻道增益確定器18。估算值器16對背景噪聲和信號功率譜密度(PSDs)進(jìn)行估算，以便產(chǎn)生每個頻道中的語音的信噪比(SNR)。頻道增益確定器18利用信噪比來計算每個單獨(dú)頻道的增益系數(shù)，并衰減每個頻帶。利用乘法器20，將每個頻道中的信號乘以增益系數(shù)來進(jìn)行衰減。通過轉(zhuǎn)換器12對頻道實行再結(jié)合，并轉(zhuǎn)換回到時間域，從而產(chǎn)生一個已經(jīng)抑制了噪音的信號。
例如，M.Berouti，R.Schwartz，和J.Makhoul所寫的文章，″增強(qiáng)被噪聲所干擾的語音″，Proceedings of the IEEE InternationalConference on Acoustic Speech Signal Processing，第208-211頁，1979年4月，在這里參考它來討論線性頻譜衰減的方法。在本方法中，通過從有噪音的信號功率頻譜中提取出噪音功率頻譜來確定頻道增益γch(i)。另外，采用了一個頻譜基底(floor)β來防止增益遞減到下級能帶β|En(i)|。
按照下列方法來確定增益γch(i)=|D(i)||Ech(i)|]]>其中 Ech(i)是對第i個頻道中的被干擾的語音的大小進(jìn)行的平滑的估算值，而En(i)是對第i個頻道中的噪音大小進(jìn)行的平滑的估算值。
圖2示出了每個頻道信噪比(SNR)的頻道增益函數(shù)γch(i)，它表示在頻道增益單調(diào)增加之后，頻道增益具有一個短的基底21。
不幸的是，當(dāng)孤立的頻譜峰值超出了對非常低信噪比的輸入信號的噪音進(jìn)行估算時，噪聲抑制會導(dǎo)致殘余的“音樂”噪音。
現(xiàn)在參考的圖3A和3B，其中示出了一個輸入信號中的典型的頻道能量，以及隨時間變化的線性頻譜衰減和增益信號。圖3A的能量信號顯示了高能量語音峰22，在兩個語音蜂之間是噪音23。相應(yīng)于峰22，圖3B的增益函數(shù)具有加強(qiáng)區(qū)域24，相應(yīng)于原始能量信號中的噪音區(qū)域，在24之間有顯著的波動25。在加強(qiáng)區(qū)域24中的增益導(dǎo)致可以清楚地聽見峰22的高能量語音。然而波動25的增益與加強(qiáng)區(qū)域24的增益具有同樣的整體強(qiáng)度，波動25的增益可以使音樂的噪音同樣被清楚地聽見。
下列文章和專利討論了其它的噪聲抑制算法和系統(tǒng)G.Whipple的“采用時間-頻率濾波器的低殘留噪聲的語音增強(qiáng)”，Proceedings of the IEEE International Conference on Acoustic SpeechSignal Processing，第1卷，第5-8頁，1994年，以及美國專利5,012,519和5,706,395。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個目的是提供一種用于抑制音樂噪音的方法。本方法基于線性頻譜衰減，但是包含了一個加權(quán)的增益校正機(jī)制來抑制音樂噪音，同時把對語音的影響最小化。
根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例，提供了一個噪聲抑制器，它包括一個信噪比(SNR)確定器、一個頻道增益確定器、一個增益平滑器以及一個乘法器。信噪比確定器確定了輸入信號的每個頻道的信噪比。頻道增益確定器確定每個第i個頻道的頻道增益γch(i)。增益平滑器產(chǎn)生每個第i個頻道的平滑增益 ，而乘法器把輸入信號的每個頻道乘上相關(guān)的平滑增益 另外，根據(jù)本發(fā)明的一個最佳實施例，平滑增益 是第i個信道的先前增益值 和忽略因子的一個函數(shù)，其中忽略因子是第i個頻道的信噪比的當(dāng)前大小的函數(shù)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，忽略因子的范圍是在MAX_ALFA和MIN_ALFA之間，其根據(jù)是函數(shù)1-σ(i,m)SNR_DR,]]>其中，σ(i，m)是第i個頻道的當(dāng)前幀m的信噪比，并且SNR_DR是信噪比所允許的動態(tài)范圍。例如，MAX_ALFA＝1.0，MIN_ALFA＝0.01，而SNR_DR＝30dB。
此外，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，忽略因子被確定如下α=min{MAX_ALFA,max{MIN_ALFA,1-σ(i,m)SNR_DR}}]]>
另外，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，平滑增益 被設(shè)置為頻道增益γch(i)或者一個新數(shù)值，其中只有當(dāng)用于當(dāng)前幀m的頻道增益γch(i)大于先前幀m-1的平滑增益 時，才會提供新數(shù)值。
另外，根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例，平滑增益被定義如下 附圖的簡要說明通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，可以更充分的理解和認(rèn)識本發(fā)明，附圖中圖1是一個現(xiàn)有的噪聲抑制器的示意圖；圖2是一個示例圖，說明了現(xiàn)有技術(shù)中每個信噪比的增益函數(shù)。
圖3A和3B是示例圖，表示輸入信號的頻道能量隨時間的變化，以及相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)中線性頻譜的衰減、增益函數(shù)隨時間的變化；圖4是按照本發(fā)明的最佳實施例而構(gòu)造和工作的、噪聲抑制器的示意圖，該噪聲抑制器具有加權(quán)的增益平滑特性。
圖5A是圖3A的一個副本，是一個反映輸入信號的頻道能量隨時間變化的示意圖；圖5B和5C是隨時間變化的增益忽略因子和平滑增益函數(shù)的示意圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明現(xiàn)在參考圖4，它反映了一個根據(jù)本發(fā)明的最佳實施例構(gòu)造和操作的、具有加權(quán)的增益平滑特性的噪聲抑制器。本發(fā)明把一個加權(quán)的增益平滑器30增加到噪音衰減器中，在圖1中標(biāo)為32。相同的參考標(biāo)號表示相同的部分。
加權(quán)的增益平滑器30接收由頻道增益確定器18所產(chǎn)生的頻道增益γch(i)，并且使每個頻道的增益值平滑。平滑器30的輸出是一個用于時域幀m的第i個頻道的平滑增益 它被提供給乘法器20。
申請者已經(jīng)意識到，對于信噪比低的信號，頻道增益確定器18沒有正確地估算頻道增益γch(i)，它所作的不恰當(dāng)判斷會引起波動，從而導(dǎo)致音樂噪音。本發(fā)明的加權(quán)增益平滑器30使用先前增益值來平滑隨時間變化的增益函數(shù)。對先前增益值的使用程度(“忽略因子”)隨著信噪比大小的函數(shù)而變化。
如果頻道的信噪比低，則忽略因子就高，以克服音樂噪音。如果頻道的信噪比很高，則忽略因子就低，可以對頻道增益進(jìn)行迅速更新。
平滑增益 被設(shè)置為頻道增益確定器18所產(chǎn)生的頻道增益γch(i)，或者一個新數(shù)值。只有當(dāng)用于當(dāng)前幀m的頻道增益γch(i)大于用于先前幀m-1的平滑增益 時，才會提供新數(shù)值。這在下列數(shù)學(xué)方程式中給出 忽略因子被設(shè)置為信噪比的一個函數(shù)。根據(jù)函數(shù)1-σ(i,m)SNR_DR,]]>它的范圍在MAX_ALFA和MIN_ALFA之間，其中，σ(i，m)是第i個頻道的當(dāng)前幀m的信噪比，SNR_DR是信噪比所允許的動態(tài)范圍。例如，MAX_ALFA＝1.0，MIN_ALFA＝0.01，而SNR_DR＝30dB。
本函數(shù)的具體形式是α=min{MAX_ALFA,max{MIN_ALFA,1-σ(i,m)SNR_DR}}]]>σ(i,m)=20·log(|Ech(i,m)||En(i,m)|)]]>現(xiàn)在參照圖5A、5B和5C，它們是表示隨時間變化的圖形。圖5A是圖3A的一個副本，表示出輸入信號的頻道能量，圖5B示出了用于圖5A中的輸入信號的忽略因子。圖5C示出了用于圖5A的輸入信號的平滑增益信號 。
通過把平滑器30加到確定器18的輸出端上，使增益函數(shù)變成一個隨時間變化函數(shù)，取決于頻道信噪比隨時間的變化情況。圖5C表示了平滑增益 在低增益活性區(qū)域42之間存在加強(qiáng)區(qū)域40。后者與噪音區(qū)域23相關(guān)聯(lián)(圖5A)。因此，就除去了現(xiàn)有技術(shù)中具有的增益波動25(圖3B)。此外，加強(qiáng)區(qū)域40的形狀與現(xiàn)有技術(shù)中加強(qiáng)區(qū)域24(圖3B)的形狀基本相似。因此，減少了音樂噪音(無波動25)，同時又保留了語音(區(qū)域40的形狀)的原有品質(zhì)。
圖5B表示了忽略因子。在與噪音區(qū)域23相關(guān)聯(lián)的周期中它波動得很厲害。因此忽略因子吸收了現(xiàn)有技術(shù)中增益的波動25。
本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員將理解到本發(fā)明沒有被上面所特別展示和描述的內(nèi)容所限制。本發(fā)明的范圍是由后面的權(quán)利要求來確定的。
權(quán)利要求
1.一種用于在輸入信號中抑制噪音的噪聲抑制器，包括一個信噪比(SNR)確定器，用于確定所述輸入信號的每個頻道的信噪比；一個頻道增益確定器，用于確定每個第i個頻道的頻道增益γch(i)；一個增益平滑器，用于產(chǎn)生第i個頻道的平滑增益 以及一個乘法器，用于把所述輸入信號的每個頻道乘上與它相關(guān)聯(lián)的平滑增益
2.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲抑制器，其中所述的平滑增益 是所述第i個頻道的先前增益值 和忽略因子的函數(shù)，其中，忽略因子是所述第i個頻道的所述信噪比的當(dāng)前大小的函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的噪聲抑制器，其中，根據(jù)函數(shù)1-σ(i,m)SNR_DR,]]>所述忽略因子的范圍在MAX_ALFA和MIN_ALFA之間，σ(i，m)是第i個頻道的當(dāng)前幀m的信噪比，SNR_DR是信噪比所允許的動態(tài)范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的噪聲抑制器，其中，MAX_ALFA＝1.0，MIN_ALFA＝0.01，而SNR_DR＝30dB。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的噪聲抑制器，其中，所述的忽略因子確定如下α=min{MAX_ALFA,max{MIN_ALFA,1-σ(i,m)SNR_DR}}]]>
6.根據(jù)權(quán)利要求1的噪聲抑制器，其中，所述的平滑增益 被設(shè)置為頻道增益γch(i)，或者為一個新數(shù)值；只有當(dāng)用于當(dāng)前幀m的頻道增益γch(i)大于用于先前幀m-1的平滑增益 時，才會提供新數(shù)值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的噪聲抑制器，其中，所述的平滑增益 確定如下
全文摘要
一種噪聲抑制器,包括:一個信噪比(SNR)確定器(16),一個頻道增益確定器(18),一個增益平滑器(30)和一個乘法器(20)。信噪比(SNR)確定器確定所述輸入信號的每個頻道的信噪比;頻道增益確定器確定每個第ⅰ個頻道的頻道增益γch
文檔編號G10L19/02GK1307716SQ99807717
公開日2001年8月8日 申請日期1999年6月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月22日
發(fā)明者拉斐爾·扎克 申請人:Dspc技術(shù)有限公司