專利名稱：抑制雨噪聲的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及聲學，更具體而言，涉及一種通過減小干擾噪聲來增強聲音的感知質(zhì)量的系統(tǒng)。
背景技術：
許多免提通信設備采集、吸收和傳輸語音信號。語音信號通過通信介質(zhì)從一個系統(tǒng)傳遞到另一系統(tǒng)。在一些系統(tǒng)中，包括在車輛內(nèi)使用的那些系統(tǒng)中，語音信號的清晰度不依賴于通信系統(tǒng)的質(zhì)量或通信介質(zhì)的質(zhì)量。當噪聲發(fā)生在聲源或接收器附近時，失真會干擾語音信號，破壞信息，在一些例子中，失真屏蔽語音信號，使其不能被識別。
噪聲會來自許多聲源。在車輛中，噪聲會由發(fā)動機、道路、輪胎或者由周圍的環(huán)境產(chǎn)生。當雨落在車輛上時，它產(chǎn)生可以在整個寬頻譜上聽到的噪聲。這種噪聲的一些方面可以預測，而另一些方面卻是隨機的。
一些系統(tǒng)嘗試通過使用各種聲音抑制和隔音材料來隔絕車輛從而抵消雨噪聲的影響。雖然這些材料在減小一些噪聲的方面是有效的，但是這些材料也會吸收所期望的信號，并且不會阻止屏蔽一部分音頻譜的雨噪聲。一些語音增強系統(tǒng)的另一問題就是檢測雨噪聲。一些語音增強系統(tǒng)還有另一個問題就是它們不容易適應于其他通信系統(tǒng)。
因此，需要一種抵消在變化頻率范圍上和水敲擊表面相關聯(lián)的噪聲的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種語音增強邏輯，其改進了被處理語音的感知質(zhì)量。該系統(tǒng)獲得、編碼、然后減弱與水敲擊表面(包括車輛表面)相關聯(lián)的噪聲。該系統(tǒng)包括噪聲檢測器和噪聲衰減器。噪聲檢測器檢測與落下的水相關聯(lián)的噪聲，諸如在暴風雨期間可以聽到的噪聲。噪聲衰減器減弱或減小一些檢測到的雨噪聲。
可替換的語音增強邏輯包括時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯、背景噪聲估計器、雨噪聲檢測器和雨噪聲衰減器。時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯將時變輸入信號轉(zhuǎn)換成頻域輸出信號。背景噪聲估計器測量伴隨著輸入信號的連續(xù)噪聲。雨噪聲檢測器自動地識別和模擬一些和雨相關聯(lián)的噪聲，然后這些噪聲被雨噪聲衰減器減弱或減小。
通過研究以下附圖和詳細說明，本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點對本領域的技術人員是顯而易見的或變得顯而易見。這意味著所有這些另外的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點將包含在本說明中，包含在本發(fā)明的范圍中，并由以下的權利要求保護。


本發(fā)明可以通過參考以下附圖和說明更好地被理解。附圖中的部件不一定按比例繪制，重點是說明本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，相同的附圖標記表示所有不同圖的相應部分。
圖1是語音增強邏輯的部分框圖。
圖2是和雨及其他聲源相關聯(lián)的噪聲的時序圖。
圖3是和雨及其他聲源相關聯(lián)的噪聲的時間頻率圖。
圖4是雨及其他聲源的模擬噪聲的瀑布圖。
圖5是圖1的語音增強邏輯的框圖。
圖6是連接到圖1的語音增強邏輯的預處理系統(tǒng)。
圖7是連接到圖1的語音增強邏輯的另一個預處理系統(tǒng)。
圖8是另一個語音增強系統(tǒng)的框圖。
圖9是屏蔽一部分語音信號的雨噪聲曲線圖。
圖10是被處理和重建的語音信號的曲線圖。
圖11是語音增強的流程圖。
圖12是車輛內(nèi)語音增強邏輯的框圖。
圖13是接口到音頻系統(tǒng)和/或?qū)Ш较到y(tǒng)和/或通信系統(tǒng)的語音增強邏輯的框圖。
圖14是和雨及其他聲源的噪聲組合的模擬語音的瀑布圖。
圖15是顯示了二維雨點噪聲模型的模擬的時間頻率圖。
圖16是包含雨點噪聲的模擬幀的頻率幅度和頻率相位組合圖。
具體實施例方式
語音增強邏輯改進了被處理語音的感知質(zhì)量。該邏輯可以自動地獲得并實時或延時地對與雨相關聯(lián)的噪聲的形狀和形態(tài)編碼。通過跟蹤所選擇的屬性，該邏輯可以使用暫時存儲所選的噪聲屬性的存儲器基本上消除或減弱雨噪聲。可替換地，該邏輯還可以減弱連續(xù)的噪聲和/或“音樂噪聲”、吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他可以由一些語音增強系統(tǒng)產(chǎn)生的聲音。
圖1是語音增強邏輯100的部分框圖。該語音增強邏輯100可以包含能夠運行與一個或多個操作系統(tǒng)結合的一個或多個處理器的硬件或軟件。該高度便攜式邏輯包括雨噪聲檢測器102和噪聲衰減器104。
在圖1中，雨噪聲檢測器102可以識別和模擬與落在或敲擊表面的雨相關聯(lián)的噪聲。雖然雨噪聲可以發(fā)生在整個寬頻譜上，但是雨噪聲檢測器102被配置來檢測和模擬能夠被耳朵感覺到的雨噪聲。雨噪聲檢測器102接收輸入聲音，該輸入聲音在短時譜可以被分類為三種廣義類型(1)無聲(unvoiced)，其顯示類似噪聲的特性，其可以包括和雨相關聯(lián)的噪聲，例如，其可以具有一些譜形狀但不是諧音的或共振峰結構；(2)完全有聲(fullyvoiced)，其顯示規(guī)則諧音結構，或在由描述共振峰結構的譜包絡加權的基音諧音(pitch harmonics)處顯示峰值，和(3)混合語音，其顯示上述兩種類型的混合，一些部分包括類似噪聲的片段，其可以包括雨噪聲，其余的顯示規(guī)則的諧音結構和/或共振峰結構。
雨噪聲檢測器102可以實時地或延時地從剩余信號中分離類似噪聲的片段，而無論輸入的噪聲片段多么復雜或喧鬧。該分離的類似噪聲的片段被分析以便檢測雨噪聲的出現(xiàn)，在一些例子中，該分離的類似噪聲的片段被分析來檢測連續(xù)潛在的噪聲的存在。當檢測到雨噪聲時，就模擬頻譜，并且該模型被保留在存儲器中。雖然雨噪聲檢測器102可以存儲雨噪聲信號的整個模型，但是它也可以在存儲器中存儲被選的屬性。一些被選的屬性可以模擬由雨敲擊表面所產(chǎn)生的噪聲、暴風雨中可以聽到的外圍噪聲(例如，在車輛噪聲中)、或者以上的組合。
為了克服雨噪聲的影響，在一些例子中，為了克服包括環(huán)境噪聲的潛在連續(xù)噪聲的影響，噪聲衰減器104基本上從無聲和混合語音信號中消除或減弱了雨噪聲和/或連續(xù)噪聲。語音增強邏輯100包括基本上消除、減弱或減小了在期望的頻率譜上的雨噪聲的任何系統(tǒng)。這些可以減弱或消除雨噪聲的系統(tǒng)的例子包括使用信號和噪聲估計的系統(tǒng)，例如(1)使用映射噪聲信號的神經(jīng)網(wǎng)絡和噪聲到噪聲減小信號的估計值的系統(tǒng)。(2)從噪聲信號中減去噪聲估計值的系統(tǒng)，(3)使用噪聲信號和噪聲估計值以便從代碼本中選擇噪聲減小信號的系統(tǒng)。(4)以其他方式使用噪聲信號和噪聲估計值以便在重建的屏蔽信號基礎上建立噪聲減小信號的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以衰減雨噪聲，在一些例子中，這些系統(tǒng)可以衰減作為短時譜一部分的連續(xù)噪聲。噪聲衰減器104還可以接口到或包括可選的殘余衰減器106，其消除或減弱被引入到被處理信號中的人工噪聲(artifacts)。殘余衰減器106可以消除“音樂噪聲”、吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他聲音。
圖2顯示了話音和由大氣的水蒸汽冷凝的水成滴落到表面產(chǎn)生的噪聲信號的示例幀。雨脈沖202、204和206包括由雨敲擊表面產(chǎn)生的聲音。雨脈沖202、204和206的振幅反映了由接收器或檢測器檢測的雨敲擊表面的功率或強度上的相對差異。在車輛內(nèi)，雨脈沖202、204和206可以表示當自然的流水敲擊諸如窗戶的表面時產(chǎn)生的聲音或者當在施加的壓力下傳送的水敲擊表面時產(chǎn)生的聲音。圖2所示的連續(xù)噪聲可以包括環(huán)境噪聲、與發(fā)動機相關聯(lián)的噪聲、動力系產(chǎn)生的噪聲、道路噪聲、輪胎噪聲、其他車輛噪聲、或其他聲音。
在圖3所示的頻譜域中，連續(xù)噪聲和雨脈沖202、204和206的范圍可以從基本線性脈沖到曲線脈沖。圖3中所示的雨點瞬態(tài)的基本垂直線可以不是完全垂直的。變化可以是因為雨噪聲檢測器102、車輛的聲響和其他聲源的固有失真。在一些雨噪聲檢測器102或可以接口到雨噪聲檢測器102的設備中，將聲波轉(zhuǎn)換成模擬信號或者將聲波轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)的電路或硬件會使雨點數(shù)據(jù)失真。雨點瞬態(tài)的形狀會隨著該電路檢測或處理的信號變化。該失真會導致信息的丟失。在一些語音增強邏輯中，可以獲得該失真并對其編碼，允許一些噪聲衰減器104來基本消除、減弱或減小失真。
雨點檢測可以通過監(jiān)測時間上向前和/或向后的頻率片段來進行。濾波器組或快速傅立葉變換(“FFT”)可以將聲音轉(zhuǎn)換成對數(shù)頻率域。通過比較，雨噪聲檢測器102識別基本上比它們相鄰頻帶或幀具有更多能量的幀。如果在一幀中的頻帶比相鄰幀具有更高的能量，那么雨噪聲檢測器102尋找比它們相鄰幀也具有更多能量的其他頻帶。當在這些頻帶中的能量適合于諸如圖4所示的直線或者類似于直線的模型時，雨噪聲檢測器102將該頻帶識別為潛在雨事件。在一些雨噪聲檢測器102中，當相對于線(例如，標準偏差)的能量的散布或變化在預定或可編程范圍內(nèi)時，會發(fā)生雨事件。顯示能量高于相鄰頻帶但略微比模型高一些的頻帶可以不被認為是雨點噪聲的一部分。
一旦獲得雨點瞬態(tài)的相對幅度和持續(xù)時間，可以用許多方法實現(xiàn)它們的消除。在一個方法中，噪聲衰減器104基于相鄰幀的值用估計值替換雨點瞬態(tài)?？梢允褂脮r間上位于在前和/或在后的一個或更多幀來進行該插值方法，并且該方法可以利用預定的限制和/或先前的約束。在可替換的方法中，噪聲衰減器104將獲得的位置和頻率加到已知的或已測量的不變的噪聲估計值上，然后噪聲衰減器104從噪聲信號中減去包括被模擬雨噪聲的噪聲估計值。
圖5是雨噪聲檢測器102的示例框圖，該雨噪聲檢測器102可以接收或檢測無聲、完全有聲或混合語音輸入信號。接收的或檢測的信號以預定頻率被數(shù)字化。為了確保高質(zhì)量的語音，該語音信號被具有任一通用采樣速率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器502(ADC)轉(zhuǎn)換成脈沖編碼調(diào)制(PCM)信號。平滑窗口504被應用于數(shù)據(jù)塊以便獲得加窗信號。對于加窗信號的復譜可以通過快速傅立葉變換(FFT)406獲得或者通過濾波器組將數(shù)字化的信號分割為頻率段(frequency bin)來獲得，其中每個段在小頻率范圍內(nèi)識別振幅和相位。然后每個頻率段可以轉(zhuǎn)換成功率譜域508和對數(shù)域510，以便生成具有或不具有連續(xù)噪聲估計值的雨噪聲估計值。隨著更多的聲音窗被處理，雨噪聲檢測器102可以獲得平均雨噪聲估計值。時間平滑的或者加權的平均值可以被用來為每個頻率段估計具有或不具有連續(xù)噪聲估計值的雨噪聲。
為了檢測雨事件，線可以擬合頻率譜的被選擇的部分。通過回歸，最佳擬合的線可以測量給定數(shù)據(jù)塊中的雨噪聲的嚴重程度。最佳擬合的線和被選擇的頻率譜之間的高相關性可以識別雨噪聲事件。是否存在高相關性可以依賴于雨噪聲的頻率和振幅的變化以及語音或其他噪聲的存在。
為了限制語音屏蔽，對于可疑的雨噪聲信號的線的擬合可以由規(guī)則限制。示例的規(guī)則可以阻止雨噪聲模型中計算的參量描述諸如偏置、斜率、曲率或坐標點超過平均值。另一個規(guī)則可以調(diào)整或調(diào)制雨噪聲校正值以便當檢測到元音或其他諧音結構時阻止噪聲衰減器104應用所計算的雨噪聲校正值。諧音可以由其窄的寬度和其尖峰值識別，或者與語音或基音檢測器(pitchdetector)相連接。如果檢測到元音或其他諧音結構，雨噪聲檢測器102就限制雨噪聲校正值到小于或等于預定或平均值的值。另一個規(guī)則可以允許平均雨噪聲模型或其屬性只有在無聲片段中被更新。如果檢測到有聲或混合語音片段，那么在這條規(guī)則下不更新平均雨噪聲模型或其屬性。如果沒有檢測到語音，雨噪聲模型或每一個屬性可以通過任何方法更新，諸如通過加權平均或漏積分器更新。許多其他規(guī)則也可以應用于該模型。這些規(guī)則可以在不屏蔽語音片段的情況下為可疑的雨噪聲事件提供基本好的線性擬合。
為了克服雨噪聲的影響，雨噪聲衰減器104可以用任何方法從噪聲譜中基本上消除或減弱雨噪聲。一種方法可以將雨噪聲模型加到所記錄或模擬的連續(xù)噪聲904上。在功率譜中，然后可以從未修改的譜中減去被模擬的噪聲。如果潛在的峰值902或谷值被雨噪聲屏蔽，如圖9所示，或者被連續(xù)噪聲屏蔽，那么傳統(tǒng)的或改進的插值方法可以用來重建峰值和/或谷值，如圖10所示。線性的或逐步的插值器可以用來重建信號丟失的部分，然后可以使用反向FFT、濾波器組將信號能量轉(zhuǎn)換成時域，其提供了重建的語音信號。可替換地，該信號可以被轉(zhuǎn)換成另一個頻率轉(zhuǎn)換，諸如Mel頻率倒譜系數(shù)。
為了最小化“音樂噪聲”、吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他可以由一些雨噪聲衰減器在所選擇的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的聲音，可選的殘余衰減器106(圖1所示)也可以在語音信號轉(zhuǎn)換到時域之前或之后制約語音信號。殘余衰減器106可以在選擇的頻率范圍內(nèi)跟蹤能量譜，例如中頻到高頻范圍(例如，大于大約1000Hz)。當在信號能量中檢測到較大的升高時，通過在該范圍內(nèi)限制或減弱所傳送的功率為預定的或計算的閾值來獲得改進。計算的閾值可以等于或者基于時間上較早期間的相同頻率范圍的平均譜功率。
語音質(zhì)量的進一步改進可以在語音噪聲檢測器102處理輸入信號之前通過預制約輸入信號來獲得。一個預處理系統(tǒng)可以利用信號到達如圖6所示的分開放置的不同檢測器的延遲時間。如果多個檢測器或麥克風602用來將聲音轉(zhuǎn)換成電信號，那么預處理系統(tǒng)可以包括控制邏輯604，其自動地選擇麥克風602和感覺到最小雨噪聲量的頻道。當選擇另一個麥克風602時，電信號可以在被雨噪聲檢測器102處理之前組合到之前產(chǎn)生的信號中。
或者，多個雨噪聲檢測器102可以用來分析如圖7所示的每個麥克風602的輸入?？梢栽诿總€頻道上作出頻譜的雨噪聲估計。一個或更多頻道的混合可以通過切換麥克風602的輸出來進行。這些信號可以在頻率接頻率(frequency-by-frequency)的基礎上被評估和選擇?？商鎿Q地，控制邏輯702可以在特殊的頻率或頻率范圍內(nèi)通過加權函數(shù)組合多個雨噪聲檢測器102的輸出信號。
圖8是可替換的語音增強邏輯800，其也可以改進被處理語音的感知質(zhì)量。該增強通過時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯802來完成，該邏輯802將時變信號數(shù)字化并轉(zhuǎn)換到頻域。背景噪聲估計器804測量連續(xù)的或發(fā)生在聲源或接收器附近的環(huán)境噪聲。背景噪聲估計器804可以包括功率檢測器，其在每個頻率段上平均聲功率。為了阻止在非周期瞬態(tài)中有偏差的噪聲估計，瞬態(tài)檢測器806中止在非期望的或非預期的功率上升期間的噪聲估計過程。在圖8中，當瞬時背景噪聲B(f，i)超過平均背景噪聲B(f)Ave大于所選擇的分貝級“c”時，瞬態(tài)檢測器806可以中止背景噪聲估計器704工作。該關系可以表達如下B(f，i)＞B(f)Ave+c(等式1)為了檢測到雨事件，雨噪聲檢測器708可以將線擬合到頻譜的所選部分。通過回歸，最佳擬合線可以模擬雨噪聲202的嚴重程度。為了限制語音的任何屏蔽，對于可疑的雨噪聲范圍的擬合線可以由上述規(guī)則限制。當檢測到擬合線和與雨相關聯(lián)的噪聲之間的高相關性時，可以識別雨事件。是否存在高相關性依賴于被處理語音的所期望的清楚性，以及雨噪聲的頻率和振幅的變化。
可替換地，雨事件可以通過分析輸入信號的時變頻譜特性來識別，其可以圖形顯示在譜圖上。譜圖是二維的形式，如圖3所示，其中垂直維度對應頻率，水平維度對應時間。
信號鑒別器810可以實時或延時對譜的語音和噪聲做標記?？梢允褂萌魏畏椒▉韰^(qū)別語音和噪聲。在圖7中，有聲信號可以通過以下被識別(1)它們的頻帶的窄的寬度或峰值；(2)可以是諧音相關的共振結構；(3)共振或?qū)诠舱耦l率的寬的峰值；(4)隨著時間相對慢地變化的特征；(5)它們的持續(xù)時間；以及當使用多個檢測器或麥克風時，(6)檢測器或麥克風的輸出信號的相關性，和許多其他的屬性和/或組合。
為了克服雨噪聲的影響，雨噪聲衰減器812可以使用任何方法從噪聲譜中減弱或基本消除雨噪聲。一種方法可以將周期的雨噪聲脈沖加到記錄的或被模擬的連續(xù)噪聲中。在功率譜中，被模擬的噪聲然后可以通過上述方法被從未修改的譜中消除。如果潛在的峰值或谷值902被雨噪聲202屏蔽，如圖9所示，或者被連續(xù)噪聲屏蔽，那么可以使用傳統(tǒng)的或改進的插值方法來重建峰值和/或谷值，如圖10所示。線性的或逐步的插值器可以被用來重建信號的丟失部分。時序合成器然后可以被用來將信號功率轉(zhuǎn)換成時間域，其提供重建的語音信號。
為了最小化“音樂噪聲”、吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他可以由一些雨噪聲衰減器在所選擇的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的聲音，也可以使用可選的殘余衰減器814。該殘余衰減器814可以跟蹤頻率范圍內(nèi)的功率譜。當在信號功率中檢測到大的升高時，可以通過限制頻率范圍中所傳送的功率到預定的或計算的閾值來獲得改進。計算的閾值可以等于或基于在時間上之前或之后期間的同一頻率范圍的平均譜功率。
圖11是語音增強的流程圖，該語音增強消除了一些雨噪聲和連續(xù)噪聲以便增強被處理語音的感知質(zhì)量。在動作1102中，接收到的或檢測到的信號以預定的頻率被數(shù)字化。為了確保高質(zhì)量語音，該語音信號可以通過ADC轉(zhuǎn)換成PCM信號。在動作1104中，用于加窗信號的復譜可以通過FFT或濾波器組來獲得，其將數(shù)字化的信號分離成頻率段，每個段識別在小頻率范圍上的振幅和相位。
在動作1106，測量連續(xù)的或環(huán)境噪聲。背景噪聲估計值可以包括每個頻率段中聲功率的平均值。為了阻止瞬態(tài)處的有偏差的噪聲估計，在動作1108中，在功率的異?；蚍穷A期的增長期間可以中止噪聲估計過程。當瞬態(tài)背景噪聲超過平均背景噪聲大于預定的分貝級時，該瞬態(tài)檢測動作1108中止了背景噪聲估計。
在動作1110，當最佳擬合線和選擇的頻譜部分之間存在高相關性時，可以檢測雨事件?？商鎿Q地，雨事件可以通過分析輸入信號的時變譜特征來識別。當線擬合檢測方法被使用時，對可疑的雨信號的線擬合可以被一些可選動作限制。示例性可選動作可以阻止雨噪聲模型中的計算偏置、斜率或坐標點超出平均值。另一個可選動作可以在檢測到元音或另一個諧音結構時阻止雨噪聲檢測方法應用計算的雨噪聲校正值。如果檢測到元音或另一個諧音結構，那么雨噪聲檢測方法可以限制雨噪聲校正值到小于或等于預定或平均值的值。另一個可選動作可以允許平均雨噪聲模型或?qū)傩詢H僅在無聲片段期間被更新。如果檢測到有聲或混合語音片段，那么在該動作下不更新平均雨噪聲模型或?qū)傩浴Ｈ绻麤]有檢測到語音，那么可以通過許多方式更新雨噪聲模型或者每個屬性，諸如通過加權平均或漏積分器。許多其他的可選動作也可以應用于該模型。
在動作1112中，信號分析可以從類似噪聲的片段中區(qū)別或標記語音信號。有聲信號可以通過任何方法識別，包括例如(1)它們的頻帶的窄的寬度或峰值；(2)可以是諧音相關的共振結構；(3)對應于共振頻率的諧音；(4)隨著時間相對慢地變化的特征；(5)它們的持續(xù)時間；以及當使用多個檢測器或麥克風時，(6)檢測器或麥克風的輸出信號的相關性。
為了克服雨噪聲的影響，通過任何動作來從噪聲譜中基本上消除或減弱雨噪聲。一個示例性動作1114將基本周期的雨脈沖加到記錄的或模擬的連續(xù)噪聲上。在功率譜中，被模擬的噪聲然后可以被基本上從未修改的頻譜中通過上述方法和系統(tǒng)來消除。如果潛在的峰值或谷值902被雨事件202屏蔽，如圖9所示，或者被連續(xù)噪聲902屏蔽，那么在動作1116中傳統(tǒng)的或改進的插值方法可以被用來重建峰值和/或谷值。在動作1112中，時序合成然后可以被用來將信號功率轉(zhuǎn)換成時間域，其提供重建的語音信號。
為了最小化“音樂噪聲”、吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他可以由一些雨噪聲消除過程在所選擇的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的聲音，在信號被轉(zhuǎn)換回時域之前也可以使用殘余衰減方法?？蛇x的殘余衰減方法1118可以跟蹤頻率范圍內(nèi)的功率譜。當在信號功率中檢測到大的升高時，可以通過限制頻率范圍中所傳送的功率到預定的或計算的閾值來獲得改進。計算的閾值可以等于或基于在時間上之前或之后期間的同一頻率范圍的平均譜功率。
圖11所示的方法可以在信號承載介質(zhì)、計算機可讀介質(zhì)(諸如存儲器)中編碼，在諸如一個或多個集成電路的設備中編程，或者由控制器或計算機處理。如果該方法由軟件執(zhí)行，那么該軟件可以駐留在存儲器中，該存儲器駐留在或者連接到雨噪聲檢測器102、噪聲衰減器104、通信接口、或其他連接到或駐留在語音增強邏輯100或800中的任何其他類型的非易失性或易失性存儲器中。該存儲器可以包括用于執(zhí)行邏輯功能的可執(zhí)行指令的有序表。邏輯功能可以通過數(shù)字電路、源代碼、模擬電路、或者模擬源(如模擬電子、音頻或視頻信號)實現(xiàn)。該軟件可以嵌入到任何計算機可讀或信號承載介質(zhì)中，以便由指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備使用或與其連接。這樣的系統(tǒng)可以包括基于計算機的系統(tǒng)、包含處理器的系統(tǒng)，或另一個系統(tǒng)，其可以選擇地從指令可執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或也可以執(zhí)行指令的設備中取得指令。
“計算機可讀介質(zhì)”、“機器可讀介質(zhì)”，“傳播信號”介質(zhì)，和/或“信號承載介質(zhì)”可以包括任何方式，其包含、存儲、通信、傳播或傳輸軟件以便由指令可執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設備使用或與其連接。該機器可讀介質(zhì)可以選擇地是電子、磁的、光的、電磁、紅外或半導體系統(tǒng)、裝置、設備或傳播介質(zhì)，但不限于這些。機器可讀介質(zhì)的非窮盡列表實例可以包括具有一個或多個電線的電連接“電子”、便攜式磁盤或光盤、易失性存儲器，諸如隨機讀取存儲器“RAM”(電子)、只讀存儲器“ROM”(電子)、可擦除編程只讀存儲器(EPROM或閃存)(電子)、或者光纖(光的)。機器可讀介質(zhì)還可以包括有形的介質(zhì)，在其上印有軟件，正如軟件可以電子地以圖像和其他形式(例如，通過光掃描)存儲，然后被編譯，和/或翻譯或其它處理。該經(jīng)處理的介質(zhì)然后可以存儲在計算機和/或機器存儲器中。
從以上敘述中可以明顯看出上述系統(tǒng)還可以制約僅僅從一個麥克風或檢測器接收到的信號。也應當明顯看出，許多系統(tǒng)的組合可以用于識別和跟蹤雨事件。除了對可疑的雨事件的線擬合之外，系統(tǒng)可以(1)檢測在具有比預定閾值大的SNR的頻譜中周期的峰值；(2)識別具有比預定閾值寬的峰值；(3)識別缺少諧音關系的峰值；(4)將峰值和之前的有聲譜比較；和(5)在區(qū)別雨噪聲片段、其他類似噪聲片段以及規(guī)則諧音結構之前將來自不同麥克風的信號進行比較。上述的一個或更多系統(tǒng)還可以用于可替換的語音增強邏輯中。
其他可替換的語音增強系統(tǒng)包括上述結構和功能的組合。這些語音增強系統(tǒng)由上述或附圖所示的結構和功能的任意組合形成。該邏輯可以由軟件或硬件實現(xiàn)。術語“邏輯”意味著廣泛地包括硬件設備或電路、軟件或組合。硬件可以包括具有易失性和/或非易失性存儲器的處理器或控制器，并且還可以包括設備之間通過無線和/或硬件線路介質(zhì)的接口。該無線接口可以利用Zigbee、Wi-Fi、WiMax、Mobile-Fi、Ultrawideband、Bluetooth、蜂窩和其他任何無線技術或組合。
語音增強邏輯很容易適用于任何技術或設備。一些語音增強系統(tǒng)或部件接口到或連接用于運輸人或物體的諸如圖12所示的車輛的設備或結構。一些語音增強系統(tǒng)或部件接口到或連接將語音和其他聲音轉(zhuǎn)換成可以傳送到遠端的形式的裝置，諸如陸上運輸和無線設備、音頻器件、如圖13所示的導航器件，和其他可以易受雨噪聲影響的通信系統(tǒng)。
語音增強邏輯改進了被處理語音的感知質(zhì)量。該邏輯可以自動地獲得和實時或延時對與水運動相關聯(lián)的噪聲和/或與水敲擊表面相關聯(lián)的噪聲的形狀和形式編碼。通過跟蹤基本上所有或一些被選擇的屬性，該邏輯可以使用暫時或永久存儲該噪聲屬性的存儲器來消除、減弱或減小與水有關的噪聲。該語音增強邏輯還可以減弱連續(xù)噪聲和/或吱吱聲、嘎嘎聲、喳喳聲、滴嗒聲、水滴聲、劈啪聲、聲調(diào)，或其他可以在一些語音增強系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的聲音并且可以在需要時重建語音。
另一個雨點檢測的替換方法使用時間和頻率上的雨點強度的二維模型。一個用于雨點檢測的可能的時間頻率模型的例子如圖15所示。因為雨點噪聲可以是寬頻的，所以基本上相似的強度-時間曲線可以被期望在涉及雨點事件的頻率范圍中。所有雨涉及的頻率可以在大約相同的時間處畫出上升，但是可以具有不同的峰值、持續(xù)時間和衰落率。雨檢測器還可以考慮部分雨點可以被更大的聲音屏蔽，諸如語音諧音，并且可以部分地或完全地從雨模型中排除這些頻率范圍。該排除可以是明確的，通過在模擬之前掃描可能的非雨特征，或者是隱含的，通過選擇模擬方法來允許值顯著地超過被選擇的模型。
檢測可以含有將預定的雨模型擬合于頻譜并確定匹配的質(zhì)量，也可能識別哪一個頻譜范圍涉及到雨點事件。該包括的頻率范圍可以是連續(xù)的或者不連續(xù)的；此外，所有或部分頻譜可以被識別為僅僅部分包含在雨點事件中。
一些或所有用來模擬雨點噪聲的參數(shù)可以被限制在預定和/或自適應的限定值內(nèi)，其可以是頻率、語音的存在、最近檢測到的雨點特性、雨點之間的平均時間或其他對于雨檢測器可用的內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)的函數(shù)。特別地，這些參數(shù)可以包括雨點持續(xù)時間、峰值強度、上升和下降速率、不同頻率范圍之間允許的強度變化。
因為典型雨點事件的高強度和短持續(xù)時間，所以可以在整個事件已經(jīng)被觀察之前期望衰減或消除雨點；此外，在實時設置中，可用的信息有限或沒有將來可用的信息。該雨檢測方法的另一個改進方法是估計作為雨點的一部分的迅速上升的可能性和在沒有完整的未來信息的情況下估計雨點模型參數(shù)的方法。在這種情況下，能量上升率以及該上升中涉及的頻率范圍可以用作基本檢測方法。在估計的模型中期望的持續(xù)時間和衰落速率可以用來在附近的未來時間來確定檢測的雨點繼續(xù)擬合估計的模型。為了最小化非期望的語音信號的衰減，如果雨點不是象預測的那樣表現(xiàn)，那么雨噪聲衰減器可以停止或減小衰減?？商鎿Q的，當正在使用噪聲估計消除方法時，該雨點模型可以如預測的那樣簡單地衰減，一旦模型降到雨噪聲的估計水平之下時允許信號未衰減地通過。
另一個改進使用雨點頻譜的附加的觀察屬性以便幫助檢測器區(qū)別雨和非雨信號。雨點噪聲的一個區(qū)別特征可以是在許多相鄰頻率段上的它的頻譜的幅度和/或相位是連續(xù)的。在圖16中，雨噪聲1602主導的譜部分具有比由其他噪聲源1601主導的部分顯著更平滑的幅度圖。
某些類型的雨點噪聲可以具有比包含語音或其他話音的譜顯著更平坦的和/或更光滑的幅度。可以在部分或全部的譜上使用頻譜的平坦性或平滑性的一個或更多數(shù)學測量，以便改進雨和語音頻譜之間的區(qū)別。該測量可以被計算用于預定頻帶的整個頻譜，或者在整個頻譜上連續(xù)地使用滑動的窗口，該測量可以用來幫助確定雨點噪聲是否存在以及每個頻率如何涉及在雨點中。
平滑測量的一個實例是絕對差算法的總和，其計算相鄰頻率段之間的幅度或?qū)?shù)幅度差的絕對值，并在若干頻率段上將該值相加，以便產(chǎn)生對平滑頻譜總體上較小而對相鄰頻率段強度之間具有較大變化的頻譜較大的值。平滑測量的實例是頻譜的平滑度測量(SFM)，其可以通過計算幅度頻譜的幾何平均數(shù)與其算術平均的比來發(fā)現(xiàn)。
也可以用相位連續(xù)性來區(qū)別雨點噪聲和其他聲音。雨點噪聲可以由時域中的短高能量突發(fā)脈沖來表示，并且這可以導致FFT結果的展開相位局部為線性，如由雨噪聲1602主導的頻譜部分的相位圖中所示的那樣。
一種確定相位的局部線性的方法是獲取展開相位的二階導數(shù)的絕對值，然后在頻率上平滑該值。該測量可以為由類似脈沖的噪聲主導的頻譜區(qū)域產(chǎn)生接近于0的值，并為由其他類型聲音諸如音調(diào)聲音或比較長的持續(xù)時間的噪聲主導的區(qū)域中產(chǎn)生顯著大于零的值。該測量可以被用來幫助從音調(diào)或語音聲音中區(qū)別瞬態(tài)諸如雨點噪聲。
此外，相位圖中的線性部分的斜率值可以直接與時序信號中的瞬態(tài)位置相關，允許基于時間的檢測或可消除方法更精確地檢測和/或消除時域中的干擾。
該雨檢測模塊可以與車輛內(nèi)的其他設備通信，以便根據(jù)車輛內(nèi)其他系統(tǒng)(例如，擋風玻璃雨刷控制器)的狀態(tài)調(diào)整雨檢測器和消除器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。例如，可以期望使雨檢測邏輯102僅僅當擋風玻璃雨刷被開啟時啟動，和/或根據(jù)雨刷的速度來調(diào)整雨點模型的參數(shù)。與之相反的是，雨檢測器可以傳送有關類似雨點噪聲之間的強度和平均時間的信息到雨刷控制器，可以增強該雨刷控制器的智能控制雨刷的能力而不用駕駛員干預。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是對于本領域普通技術人員來說，顯而易見的是，在本發(fā)明范圍內(nèi)的可以有更多的實施例和實施方式。因此，除了根據(jù)附加權利要求和其等價物的限制之外，本發(fā)明不受限制。
權利要求
1.一種從有聲或無聲信號中抑制雨噪聲的系統(tǒng)，包括噪聲檢測器，其從輸入信號中檢測和模擬雨噪聲；和噪聲衰減器，其電連接到噪聲檢測器以便從輸入信號中基本消除雨噪聲。
2.如權利要求1所述的抑制雨噪聲的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器模擬一部分輸入信號。
3.如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置為對一部分輸入信號進行線擬合。
4.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置來通過計算相關因子模擬雨事件。
5.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置來阻止模擬的雨噪聲的屬性超過預定值。
6.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置為在檢測到元音或類似諧音的結構時限制雨噪聲校正。
7.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置來獲得平均雨噪聲模型，并且當檢測到有聲或混合語音信號時，不更新平均雨噪聲模型。
8.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲檢測器被配置來獲得平均雨噪聲模型，該模型通過對在時間上之前分析的其他模擬信號進行加權平均而獲得。
9.如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中噪聲衰減器被配置來從輸入信號中基本上消除雨噪聲和連續(xù)噪聲。
10.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到噪聲檢測器和噪聲衰減器的殘余衰減器，以便當在一頻率范圍內(nèi)檢測到信號功率有較大提高時，在該頻率范圍內(nèi)減弱信號功率。
11.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到噪聲檢測器的輸入設備，該輸入設備被配置來將聲波轉(zhuǎn)換為模擬信號。
12.如權利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到噪聲檢測器的預處理系統(tǒng)，該預處理系統(tǒng)被配置來在雨噪聲檢測器處理輸入信號之前預制約該輸入信號。
13.如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中預處理系統(tǒng)包括相間隔的第一和第二麥克風，并且其被配置來利用到達不同麥克風的信號的滯后時間。
14.如權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括控制邏輯，該控制邏輯自動地選擇麥克風和感受輸入信號中最小量噪聲的頻道。
15.如權利要求13所述的系統(tǒng)，進一步包括連接到噪聲檢測器和第一麥克風的第二噪聲檢測器。
16.一種從有聲和無聲信號中檢測雨噪聲的系統(tǒng)，包括時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯，其將時變輸入信號轉(zhuǎn)換到頻域；背景噪聲估計器，其連接到時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯，該背景噪聲估計器被配置來測量發(fā)生在接收器附近的連續(xù)噪聲；和雨噪聲檢測器，其連接到背景噪聲估計器，該雨噪聲檢測器被配置來自動地識別和模擬與雨相關聯(lián)的噪聲。
17.如權利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括瞬態(tài)檢測器，其被配置為在檢測到非周期瞬態(tài)信號時中止背景噪聲估計器工作。
18.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中雨噪聲檢測器被配置來獲得線和輸入信號一部分的相關性。
19.如權利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括信號鑒別器，其連接到雨噪聲檢測器，該信號鑒別器被配置來識別輸入信號的語音和噪聲片段。
20.如權利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括雨噪聲衰減器，其連接到雨噪聲檢測器，該雨噪聲衰減器被配置來減小接收器感受到的和雨相關聯(lián)的噪聲。
21.如權利要求16所述的系統(tǒng)，其中噪聲衰減器被配置來從輸入信號中基本上消除和雨相關聯(lián)的噪聲。
22.如權利要求16所述的系統(tǒng)，進一步包括殘余衰減器，其連接到背景噪聲估計器，當在一頻率范圍內(nèi)檢測到信號功率有較大升高時，該殘余衰減器可操作用來在該頻率范圍內(nèi)減弱信號功率。
23.一種從有聲或無聲信號中抑制雨噪聲的系統(tǒng)，包括時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯，其將時變輸入信號轉(zhuǎn)換為頻域；背景噪聲估計器，其連接到時間頻率轉(zhuǎn)換邏輯，該背景噪聲估計器被配置來測量發(fā)生在接收器附近的連續(xù)噪聲；雨噪聲檢測器裝置，其連接到背景噪聲估計器，該雨噪聲檢測器被配置來對輸入信號的一部分進行線擬合；和雨噪聲衰減器，其連接到雨噪聲檢測器裝置，該雨噪聲衰減器被配置來消除接收器感受到的和雨相關聯(lián)的噪聲。
24.一種從輸入信號中消除與雨相關聯(lián)的噪聲的方法，包括將時變信號轉(zhuǎn)換為復譜；估計背景噪聲；當線和輸入信號的一部分之間存在高相關性時，檢測和雨相關聯(lián)的噪聲；和從輸入信號中減弱和雨相關聯(lián)的噪聲。
25.如權利要求24所述的方法，其中估計背景噪聲的動作包括當沒有檢測到非周期瞬態(tài)時估計背景噪聲。
26.如權利要求24所述的方法，消除和雨相關聯(lián)的噪聲的動作包括從輸入信號中基本上消除雨噪聲。
27.一種從輸入信號中消除雨噪聲的方法，包括將時變信號轉(zhuǎn)換為復譜；估計背景噪聲；當線和輸入信號的一部分之間存在高相關性時，檢測雨噪聲；和從輸入信號中消除雨噪聲。
28.一種信號承載介質(zhì)，其具有控制檢測與通過空氣落下的水相關聯(lián)的噪聲的軟件，所述信號承載介質(zhì)包括將聲波轉(zhuǎn)換成電信號的檢測器；將電信號從第一域轉(zhuǎn)換成第二域的頻譜轉(zhuǎn)換邏輯；和模擬和雨相關聯(lián)的聲波的一部分的信號分析邏輯。
29.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，進一步包括獲得被噪聲屏蔽的有聲信號的一部分的邏輯。
30.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，進一步包括衰減部分聲波的邏輯。
31.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，進一步包括可操作用來在被選擇的頻率范圍內(nèi)限制功率的衰減邏輯。
32.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，進一步包括測量檢測器感受到的連續(xù)或環(huán)境噪聲的噪聲估計邏輯。
33.如權利要求32所述的信號承載介質(zhì)，進一步包括當檢測到功率增大時中止估計邏輯工作的瞬態(tài)邏輯。
34.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，其中信號分析邏輯連接到車輛。
35.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，其中信號分析邏輯連接到聲頻系統(tǒng)。
36.如權利要求28所述的信號承載介質(zhì)，其中信號分析邏輯僅模擬和雨相關聯(lián)的聲波。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種語音增強邏輯，其改進了被處理信號的感知質(zhì)量。該語音增強系統(tǒng)包括噪聲檢測器和噪聲衰減器。噪聲檢測器檢測和模擬和雨相關聯(lián)的噪聲。噪聲衰減器從信號中減弱或減小雨噪聲以便改進無聲、完全有聲，或混合語音片段的清晰度。
文檔編號H04R3/00GK1808570SQ200510003468
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月8日 優(yōu)先權日2004年12月8日
發(fā)明者P·A·赫瑟林頓, A·R·格羅夫斯 申請人:哈曼貝克自動系統(tǒng)-威美科公司