專利名稱：麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方 法及裝置。
背景技術(shù)：
麥克風(fēng)陣列有尺寸較大的，由至少兩個麥克風(fēng)組成，麥克風(fēng)間距離也較大，
多應(yīng)用在筆記本電腦或者具有聲音采集功能的攝像頭上；還有尺寸較小的，僅 由兩個麥克風(fēng)組成，并且兩個麥克風(fēng)間距離較小，多應(yīng)用在手機等小型設(shè)備上。
小距離的一單一全雙麥克風(fēng)陣列是由一個單指向性麥克風(fēng)和一個全指向 性麥克風(fēng)構(gòu)成，且兩個麥克風(fēng)間距離較小。
目前，麥克風(fēng)陣列算法被越來越多的應(yīng)用在噪聲消除中。麥克風(fēng)陣列算法 主要利用目標(biāo)聲源和噪聲源在空間域上的差別，即各聲源到麥克風(fēng)的距離和方 向不同，來進行信號分離，從而實現(xiàn)噪聲消除。
現(xiàn)有的小距離雙麥克風(fēng)陣列算法能夠正常工作的一個前提條件是兩個麥 克風(fēng)的匹配性很好。但是在實際應(yīng)用中，這一點是不能完全保證的，即使是同 批次的普通麥克風(fēng)，其幅頻特性有時相差會在3-4db左右，且隨著時間的推 移和外界環(huán)境溫度、濕度的變化，麥克風(fēng)的幅頻特性也會發(fā)生改變，因此對于 一單一全雙麥克風(fēng)陣列，兩個麥克風(fēng)的匹配問題尤為突出，當(dāng)兩個麥克風(fēng)不匹 配時，就會大大影響噪聲消除效果，導(dǎo)致影響語音質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中兩個麥 克風(fēng)不匹配時影響噪聲消除效果的問題。并目應(yīng)地，本發(fā)明還提供一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除裝置。
一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方法，包括步驟
對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩個麥克風(fēng)采集的
目標(biāo)方向信號的增益相同；
將經(jīng)過校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對減處理；
根據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集
的信號差的平均能量，判斷所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中是否存在目標(biāo)語 音信號；以及
當(dāng)判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除
所述單指向性麥克風(fēng)釆集的信號中的噪聲；
當(dāng)判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消 除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除裝置，包括
校準(zhǔn)單元，用于對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩 個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同；
對減處理單元，用于將經(jīng)過校準(zhǔn)單元校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對 減處理；
判斷單元，用于根據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理單元對減 處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量，判斷所述單指向性麥克風(fēng)采 集的信號中是否存在目標(biāo)語音信號；以及
噪聲消除單元，用于當(dāng)判斷單元的判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用 固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲；當(dāng) 判斷單元的判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域自適應(yīng)濾波系 數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
本發(fā)明實施例對一單一全兩個麥克風(fēng)釆集目標(biāo)方向信號的增益進行較準(zhǔn)， 使兩個麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益相同，從而提高兩個麥克風(fēng)的匹配性， 將經(jīng)過校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號對減，得到一路主要包含噪聲的信號，根 據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號與主要包含噪聲的信號的平均能量判斷出單指
向性麥克風(fēng)采集的信號中存在目標(biāo)語音信號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾波系
數(shù)消除單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲；否則，采用更新的頻域自適應(yīng)濾 波系數(shù)消除其中的噪聲，因此提高了小距離一單一全雙麥克風(fēng)陣列的噪聲消除 效果的穩(wěn)定性，保證了語音質(zhì)量。


圖1為本發(fā)明實施例中噪聲消除的示意圖2為本發(fā)明實施例中噪聲消除方案的流程圖3為本發(fā)明實施例中經(jīng)過校準(zhǔn)的兩路信號進行對減處理的示意圖4為本發(fā)明實施例中采用頻域自適應(yīng)濾波消除單指向性麥克風(fēng)采集的信 號中噪聲的示意圖5為本發(fā)明實施例中對進行頻率補償處理后的信號進行短時謙調(diào)整處理 的示意圖6為本發(fā)明實施例中自動增益控制處理過程中進行幀間平滑時采用的斜 坡函數(shù)示意圖7為本發(fā)明實施例中校準(zhǔn)處理過程中訓(xùn)練階段的示意圖； 圖8為本發(fā)明實施例中校準(zhǔn)處理過程中工作階^a的示意圖； 圖9為采用本發(fā)明實施例中的方案進行噪聲消除的效果圖； 圖10為本發(fā)明實施例中麥克風(fēng)陣列的噪聲消除裝置圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例針對現(xiàn)有技術(shù)中兩個麥克風(fēng)不匹配會影響小距離一單一全 雙麥克風(fēng)陣列的噪聲消除效果的問題，提出通過校準(zhǔn)兩個麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向 信號的增益相同的方法，提高兩個麥克風(fēng)的匹配性，再對校準(zhǔn)后的信號進行噪
聲消除處理，提高了噪聲消除效果的穩(wěn)定性，并保證了語音質(zhì)量。 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的具體實施方式
進行詳細說明。 本發(fā)明實施例中的小距離 一單一全雙麥克風(fēng)陣列是指采用 一個心形的單
指向性麥克風(fēng)和一個全指向性麥克風(fēng)組成肩并肩式雙麥克風(fēng)陣列，兩個麥克風(fēng)
間距離小于2cm，其中，單指向性麥克風(fēng)指向前方，即目標(biāo)語音方向，作為雙 麥克風(fēng)陣列的主麥克風(fēng)；全指向性麥克風(fēng)則作為雙麥克風(fēng)陣列的輔麥克風(fēng)，采 集各個方向的聲音信號。此外，本發(fā)明實施例方案采用近講技術(shù)，目標(biāo)語音與
雙麥克風(fēng)陣列的距離小于5cm。
本發(fā)明實施例噪聲消除的示意圖如圖l所示，雙麥克風(fēng)陣列吸收來自前方 近距離的目標(biāo)信號，消除來自后側(cè)和兩側(cè)的噪聲信號以及前方遠距離的噪聲信 號。
參見圖2,本發(fā)明實施例噪聲消除方案的具體流程如下
步驟201、對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩個麥 克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同。
本步驟中，由于全指向性麥克風(fēng)采集各個方向信號的增益相同，而單指向 性麥克風(fēng)采集各個方向信號的增益不同，其采集目標(biāo)方向信號時的增益最大， 因此，以單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整全指向性麥克 風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益與單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益相同。
雙麥克風(fēng)增益的校準(zhǔn)是通過自適應(yīng)濾波器實現(xiàn)的，通過調(diào)節(jié)自適應(yīng)濾波器 系數(shù)，使全指向性麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號盡可能的逼近單指向性麥克風(fēng)采 集的目標(biāo)方向信號，當(dāng)兩路信號基本一致時，就說明校準(zhǔn)完成了。
單指向性麥克風(fēng)和全指向性麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號分別為Xl(k)和 X2(k)，經(jīng)過校準(zhǔn)處理后的信號輸出為Xl'(k)和X2'(k)。
步驟202、將經(jīng)過校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對減處理。
通過步驟201中的校準(zhǔn)過程，使得兩個麥克風(fēng)吸收正前方信號的增益相同。 然后將兩個麥克風(fēng)采集的信號對減，由于單指向性麥克風(fēng)采集的信號中主要包 含目標(biāo)方向信號，而全指向性麥克風(fēng)采集的信號中包含各個方向的聲音信號， 即包含目標(biāo)方向信號和噪聲信號，因此，對減后的差值中含有較少的目標(biāo)方向
信號，主要包含其他方向的噪聲信號，如圖3所示。 對減處理過程可以用公式表示為 u(k)=X2'(k)-Xl'(k) ( 1 )
此外，令d(k)-Xl'(k) (2)
以經(jīng)過校準(zhǔn)的單指向性麥克風(fēng)采集的信號d(k)作為主信號，經(jīng)過對減處理 得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差u(k)作為參考信號。
這樣處理之后，單指向性麥克風(fēng)釆集的一路信號主要包含目標(biāo)方向信號， 而另 一路信號主要包含噪聲信號，從而達到信號分離的作用。
步驟203、 一艮據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號d(k)和經(jīng)過對減處理得到的兩 個麥克風(fēng)釆集的信號差u(k)的平均能量判斷d(k)中是否存在目標(biāo)語音信號。
對于主信號d(k)，其平均能量通過下式計算
式中 為主信號的平均能量，M為一幀信號的長度。
對于參考信號u(k)，其平均能量通過下式計算
A/-1
r咖/c—flvg = Z w(A)2 ( 4 )
式中reX"vg為參考信號的平均能量，M為一幀信號的長度。 顯然，當(dāng)只存在目才示方向聲源時，j9〃'wa^;/m'c — avg應(yīng)"i亥大于/^y^w'c — avg ; 當(dāng) 只存在目標(biāo)方向?qū)α⒚娴脑肼晻r，re/w/c —wg應(yīng)該大于 因此，
可以通過兩路信號的平均能量的比值來判斷主信號中是否存在目標(biāo)語音信號，
即
如果——一avg〉細涵，則確定單指向性麥克風(fēng)采集的信號中存在 目標(biāo)語音信號；否則，單指向性麥克風(fēng)采集的信號中不存在目標(biāo)語音信號。其
中，比例閾值Threshold為大于等于1的數(shù)值，根據(jù)實際需要預(yù)先設(shè)定。
步驟204、當(dāng)判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾
波系數(shù)消除單指向性麥克風(fēng)釆集的信號中的噪聲；否則，采用更新的頻域自適
應(yīng)濾波系數(shù)消除單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
參見圖4,本步驟中，以d(k)作為主信號，利用u(k)模擬并消除d(k)中的
噪聲成分，得到消除噪聲后的信號s(k)。本步驟能正常工作的前提條件是u(k)
中主要包含噪聲成分，否則會造成目標(biāo)語音的失真，因此需要對自適應(yīng)濾波器
的系數(shù)更新進行控制，保證只有在目標(biāo)語音信號不存在時才進行系數(shù)更新。 采用頻域自適應(yīng)濾波消除d(k)中的噪聲的方法與現(xiàn)有技術(shù)相同，這里不再贅述。
為了提高目標(biāo)語音信號的自然度，進行步驟205。
步驟205、采用一階無限沖擊響應(yīng)(IIR， Infinite Impulse Response)低通 濾波器對消除噪聲后的信號s(k)進行頻率補償處理。
由于本發(fā)明實施例采用單指向性麥克風(fēng)，通過對減處理和頻域自適應(yīng)濾波 處理后的信號，低頻對應(yīng)的幅度響應(yīng)會有一定的損失，也就是說信號的幅度響 應(yīng)具有頻率依賴性(低頻衰減大，高頻衰減小)，因此需要對信號s(k)進行頻率 補償。
本步驟中，頻率補償采用最簡單的一階無限沖擊響應(yīng)低通濾波器，具體參 見如下式子
<formula>formula see original document page 10</formula> ( 6 )
其中，,("為頻率補償后的輸出；c邵—/flc為頻率補償因子，其值
0<C7^ — /aC<l,其值越小，補償?shù)皖l，削弱高頻的作用越強。
經(jīng)過頻率補償處理后，使衰減較大的低頻成分有所增加，提高了目標(biāo)語音 信號的自然度，本步驟的輸出信號為s'("。
為了進一步消除？(A:)中的噪聲，進行步驟206。
步驟206、對進行頻率補償處理后的信號進行短時譜調(diào)整處理。短時譜調(diào)整處理的基本原理如圖5所示，是利用語音的概率分布，對當(dāng)前 幀語音的每一個頻語分量的幅度值進行約束，即乘以一個系數(shù)G(A:): <formula>formula see original document page 11</formula>(7)
其中S'("為步驟205的輸出信號，S"W表示進一步消除噪聲后的信號， G(A:)為估計的增益。
短時鐠調(diào)整處理后輸出的信號為進一步消除了噪聲的s，)。
為了進一步抑制噪聲強度，進行步驟207。
步驟207、對進行短時譜調(diào)整處理后的信號r(Q進行自動增益控制(AGC， Automatic Gain Control)處理。
本發(fā)明實施例中自動增益控制處理是在目標(biāo)語音信號不存在時，通過減小 增益，從而抑制噪聲強度，具體是指，若判斷結(jié)果為單指向性麥克風(fēng)采集的信 號中存在目標(biāo)語音信號時，保持短時譜調(diào)整處理后的信號的增益不變；否則， 降低短時語調(diào)整處理后的信號增益。
比如，當(dāng)目標(biāo)語音信號存在時，gain—tmp=l; 當(dāng)目標(biāo)語音信號不存在時，gain—tmp=0.3。 gain—tmp表示進行短時譜調(diào)整處理后的信號的增益。 考慮到增益gain—tmp突然增大或者減小的時候，信號幅度也會突然增大或 減小，這樣就會帶來一些人耳能感覺到的噪聲，因此，需要對gain—tmp進行幀 間平滑，得到平滑后的增益gain。平滑增益可以緩和增益突變，避免輸出信號 幅度的階越式跳變，能夠使人耳基本感覺不到增益變化帶來的噪聲，如下式所 示
<formula>formula see original document page 11</formula> ( 8 )
其中，"是一個平滑因子，需要仔細選擇，AGC的理論中，當(dāng)增益變化在 50ms內(nèi)完成時，不會產(chǎn)生幅度突變帶來的噪聲。例如，如果使用8kHz的采樣 率，則50ms對應(yīng)400個樣點，當(dāng)一幀信號為128個樣點時，增益的突變只要
能平滑到4幀即可，即平滑因子的最小值為《^=0.75。 另外，考慮到保護語音質(zhì)量的因素，采取快升慢降的策略，即只要判斷出
目標(biāo)語音信號存在，增益就迅速上升；判斷出目標(biāo)語音信號不存在，增益就緩 慢下降，這也是通過給"設(shè)置不同的值實現(xiàn)的，比如
當(dāng)目標(biāo)語音信號存在時，設(shè)"=0.75;
當(dāng)目標(biāo)語音信號不存在時，設(shè)《=0.95。
為了進一步避免自動增益控制引起的幅度突變帶來的噪聲，在幀間平滑的 基礎(chǔ)上，還進行幀內(nèi)平滑，通過下式實現(xiàn)
A: = 0~M—1 (9) 其中g(shù)a/" — oW為上 一 幀做了幀間平滑后的gain, ga/" — 為當(dāng)前幀^故了幀 間平滑后的gain, g9iri(k)對應(yīng)當(dāng)前幀內(nèi)做了幀內(nèi)平滑后的每個樣點的增益，M 為幀長。6(A:)-1-A:/M為斜坡函數(shù)，如圖6所示，由圖6可以看出，由于斜坡 函數(shù)在當(dāng)前幀開始時對于上一幀的gain賦予較大權(quán)值，對于當(dāng)前幀的gain賦 予較小權(quán)值；而在當(dāng)前幀末尾時正好相反，因此可以有效地避免增益突變的影 響。
最后用做了幀間平滑和幀內(nèi)平滑的增益去調(diào)整s"(W，得到最終的輸出信號
為
= (10) 步驟201中，校準(zhǔn)過程分為兩個階段訓(xùn)練階段和工作階段。 在訓(xùn)練階段，自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新處于開啟狀態(tài)，也就是說自適應(yīng)濾 波器通過調(diào)節(jié)自身系數(shù)，補償兩個麥克風(fēng)釆集的目標(biāo)方向信號的幅度和相位上 的差異，使得處理后的兩路信號基本一致。值得注意的是，在訓(xùn)練階段，必須 只有目標(biāo)方向的聲源，沒有其他方向的噪聲，因為是針對目標(biāo)方向信號增益的 校準(zhǔn)。當(dāng)檢測到兩路信號基本一致時，通過存儲設(shè)備保存訓(xùn)練好的自適應(yīng)濾波 器系數(shù)。訓(xùn)練階段的示意圖如圖7所示，自適應(yīng)濾波器h(k)對全指向性麥克風(fēng) 采集的目標(biāo)方向信號進行自適應(yīng)濾波，使其不斷逼近單指向性麥克風(fēng)采集的目 標(biāo)方向信號，通過能量比較器來判斷兩路信號是否已經(jīng)基本一致，判定兩路信
號基本一致的條件是
其中，自適應(yīng)濾波采用時域歸一化最小均方(NLMS)算法<formula>formula see original document page 13</formula>E[]為一幀信號的平均能量，Threshold為預(yù)先設(shè)定的閾值，其值越大，滿 足(11 )式時的兩路信號越趨近于一致，比如可以設(shè)定Threshold為10。另夕卜， 還設(shè)定最長訓(xùn)練時間來限定訓(xùn)練階段所用的時間，比如設(shè)定最長訓(xùn)練時間為 10s，則即使不滿足(ll)式，也通過存儲設(shè)備保存此時的自適應(yīng)濾波器系數(shù)。
在工作階段，校準(zhǔn)自適應(yīng)濾波器的系數(shù)更新是被禁止的，因為在實際工作 狀態(tài)，可能存在各個方向的聲源，校準(zhǔn)自適應(yīng)濾波器可能會吸收到目標(biāo)方向以 外的聲源，而只需要對目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)。此時，只需取得訓(xùn)練階 段保存的自適應(yīng)濾波器系數(shù)，作為固定的校準(zhǔn)自適應(yīng)濾波器系數(shù)，對全指向性
麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，工作階^a的示意圖如圖8所示。
圖7和圖8中的延時n是使兩路信號保持同步的常系數(shù)濾波器。 步驟206中，G(k)可以用下式表示<formula>formula see original document page 13</formula> (14 )
其中，A(A:)為估計的噪聲方差，4W為估計的語音方差，P(/Z,Wiy(")為
估計的目標(biāo)語音信號存在概率。(^m為目標(biāo)語音信號不存在時設(shè)置的增益小量，
具體算法與現(xiàn)有技術(shù)相同。
顯然，信噪比高時，存在目標(biāo)語音信號的概率大，衰減小(G("大)；反之， 則認(rèn)為存在目標(biāo)語音信號的概率小，衰減則增大(G(^)小)。從而實現(xiàn)降低噪 聲，增強語音的作用。
值得注意的是，根據(jù)信噪比估計目標(biāo)語音信號存在概率時，可以借助步驟203的判斷結(jié)果進行加權(quán)，具體方式如下
若判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號，貝'J: <formula>formula see original document page 14</formula> (15)
若判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號，貝'J:
<formula>formula see original document page 14</formula> (16)
其中，y為一個O至l的數(shù)，比如0.5。
其中<formula>formula see original document page 14</formula>為加權(quán)后的目標(biāo)語音信號存在概率。這樣，估計的增益 G(A:)也相應(yīng)更新為
<formula>formula see original document page 14</formula> ( 17 )
上述加權(quán)處理的好處有兩點
1、步驟203由于借助麥克風(fēng)陣列多麥克風(fēng)的優(yōu)勢，因而對于目標(biāo)語音信 號是否存在的判斷更為準(zhǔn)確。 2、步驟203可以將目標(biāo)方向的語音和其他方向的非穩(wěn)態(tài)干擾噪聲分辨出 來，因此可以提高短時譜調(diào)整處理消除非穩(wěn)態(tài)噪聲的能力。
下面用實例說明采用本發(fā)明實施例中的方案進行消除噪聲的效果，如圖9 所示。采用8KHz采樣率的白噪聲信號，固定聲源不動，使小距離一單一全雙 麥克風(fēng)陣列自轉(zhuǎn)一周，聲源距離麥克風(fēng)陣列的旋轉(zhuǎn)半徑為5cm。從圖9可以看 出，波束寬段在士60。左右，波束以外的噪聲抑制在20dB以上。
相應(yīng)地，本發(fā)明實施例還提供一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除裝置，其結(jié)構(gòu)如 圖10所示，麥克風(fēng)陣列包括一個單指向性麥克風(fēng)和一個全指向性麥克風(fēng)，該 噪聲消除裝置包括4交準(zhǔn)單元1001、對減處理單元1002、判斷單元1003和噪 聲消除單元1004。
校準(zhǔn)單元1001,用于對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)， 使兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同；
對減處理單元1002,用于將經(jīng)過校準(zhǔn)單元1001 4交準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的
信號進行對減處理；
判斷單元1003,用于根據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理單元 1002對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量，判斷單指向性麥克 風(fēng)采集的信號中是否存在目標(biāo)語音信號；以及
噪聲消除單元1004，用于當(dāng)判斷單元1003的判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信 號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪 聲；當(dāng)判斷單元1003的判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域 自適應(yīng)濾波系數(shù)消除單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
上述噪聲消除裝置還包括頻率補償處理單元1005、短時諳調(diào)整處理單元 1006和自動增益控制處理單元1007。
頻率補償處理單元1005,用于對噪聲消除單元1004消除噪聲后的信號進 行頻率補償處理。
短時語調(diào)整處理單元1006，用于對頻率補償處理單元1005進行頻率補償 處理后的信號進行短時語調(diào)整處理。
自動增益控制處理單元1007，用于對短時譜調(diào)整處理單元1006進行短時 譜調(diào)整處理后的信號進行自動增益控制處理。
其中，校準(zhǔn)單元1001以單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益為標(biāo)準(zhǔn)， 調(diào)整全指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益與單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方 向信號的增益相同。
本發(fā)明實施例通過校準(zhǔn)兩個麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號時的增益相同的方 法，提高兩個麥克風(fēng)的匹配性，再對校準(zhǔn)后的信號進行對減處理，得到主要包 含目標(biāo)方向信號和主要包含噪聲信號的兩路信號，通過頻譜自適應(yīng)濾波進行噪 聲消除處理，還通過頻率補償提高目標(biāo)語音信號的自然度，通過短時譜調(diào)整以 及自動增益控制處理進一步消除噪聲，從而提高噪聲消除效果的穩(wěn)定性，并保 證了語音質(zhì)量。明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及 其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方法，所述麥克風(fēng)陣列包括一個單指向性麥克風(fēng)和一個全指向性麥克風(fēng)，其特征在于，包括步驟對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同；將經(jīng)過校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對減處理；根據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量，判斷所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中是否存在目標(biāo)語音信號；以及當(dāng)判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲；當(dāng)判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述進行校準(zhǔn)處理，具體是 指以單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整全指向性麥克風(fēng) 采集目標(biāo)方向信號的增益與單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益相同。
3、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)信號的平均能量判斷是否存在目標(biāo)語音信號，具體是指當(dāng)單指向性麥克風(fēng)釆集的信號和經(jīng)過對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量的比值大于預(yù)先設(shè)定的比例闞值時，確定所迷單指向性麥克風(fēng)采集的信號中存在目標(biāo)語音信號；當(dāng)單指向性麥克風(fēng)釆集的信號和經(jīng)過對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量的比值小于等于預(yù)先設(shè)定的比例閾值時，確定所述單指向性 麥克風(fēng)采集的信號中不存在目標(biāo)語音信號； 所述預(yù)先設(shè)定的比例閾值大于等于1。
4、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，還包括步驟對所述消除噪聲后的信號進行頻率補償處理。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，還包括步驟 對進行頻率補償處理后的信號進行短時譜調(diào)整處理。
6、 如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括步驟 對進行短時語調(diào)整處理后的信號進行自動增益控制處理。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述對信號進行自動增益控 制處理，具體包括當(dāng)所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中存在目標(biāo)語音信號時，保持短時譜調(diào) 整處理后的信號增益不變；當(dāng)所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中不存在目標(biāo)語音信號時，降低短時語 調(diào)整處理后的信號增益。
8、 一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除裝置，所述麥克風(fēng)陣列包括一個單指向性麥克風(fēng)和一個全指向性麥克風(fēng)，其特征在于，包括校準(zhǔn)單元，用于對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同；對減處理單元，用于將經(jīng)過;f交準(zhǔn)單元校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對減處理；判斷單元，用于才艮據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理單元對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量，判斷所述單指向性麥克風(fēng)采 集的信號中是否存在目標(biāo)語音信號；以及噪聲消除單元，用于當(dāng)判斷單元的判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用 固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲；當(dāng) 判斷單元的判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域自適應(yīng)濾波系 數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
9、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，所述校準(zhǔn)單元以單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益為標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整全指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益與單指向性麥克風(fēng)采集目標(biāo)方向信號的增益相同。
10、 如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括 頻率補償處理單元，用于對所述噪聲消除單元消除噪聲后的信號進行頻率補償處理。
11、 如權(quán)利要求IO所述的裝置，其特征在于，還包括 短時語調(diào)整處理單元，用于對頻率補償處理單元進行頻率補償處理后的信號進行短時i普調(diào)整處理。
12、 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，還包括自動增益控制處理單元，用于對短時語調(diào)整處理單元進行短時譜調(diào)整處理 后的信號進行自動增益控制處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種麥克風(fēng)陣列的噪聲消除方法，所述麥克風(fēng)陣列包括一個單指向性麥克風(fēng)和一個全指向性麥克風(fēng)，包括步驟對兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益進行校準(zhǔn)，使兩個麥克風(fēng)采集的目標(biāo)方向信號的增益相同；將經(jīng)過校準(zhǔn)的兩個麥克風(fēng)采集的信號進行對減處理；根據(jù)單指向性麥克風(fēng)采集的信號和經(jīng)過對減處理得到的兩個麥克風(fēng)采集的信號差的平均能量，判斷所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中是否存在目標(biāo)語音信號；以及當(dāng)判斷結(jié)果為存在目標(biāo)語音信號時，采用固定的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲；當(dāng)判斷結(jié)果為不存在目標(biāo)語音信號時，采用更新的頻域自適應(yīng)濾波系數(shù)消除所述單指向性麥克風(fēng)采集的信號中的噪聲。
文檔編號H04R3/02GK101203063SQ20071017993
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者馮宇紅, 晨 張 申請人:北京中星微電子有限公司