專利名稱:噪音去除裝置與噪音去除方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種噪音去除裝置與噪音去除方法,更具體地講,本發(fā)明涉及一種通過目標(biāo)聲音的加重和后過濾過程去除噪音的噪音去除裝置與噪音去除方法。
背景技術(shù):
假設(shè)用戶有時使用噪音取消耳機(jī)欣賞所復(fù)制的音樂,例如,通過便攜式電話機(jī)、個人計算機(jī)等裝置。在這種情況下,如果接收到電話呼叫或者聊天呼叫等,則對于用戶來說, 非常麻煩的是,每次都要先準(zhǔn)備好麥克風(fēng),然后才能開始對話。用戶所希望的是,無需準(zhǔn)備麥克風(fēng),騰下雙手,開始對話。在相應(yīng)于耳朵的噪音取消耳機(jī)的部分安裝用于噪音取消的麥克風(fēng),然后利用麥克風(fēng)進(jìn)行對話可能是理想的。于是,用戶可以在佩戴著耳機(jī)的同時立即進(jìn)行對話。在這一情況下,周圍噪音引發(fā)了問題,即人們需要抑制噪音,僅傳輸話音。例如,序號為2009-49998的日本專利公開物(以下,將其稱為專利文檔1)中公開了一種通過目標(biāo)聲音的加重和后過濾過程去除噪音的技術(shù)。圖31描述了專利文檔1中所公開的噪音去除裝置的配置實(shí)例。參照圖31,所述噪音去除裝置包括加重話音的束形成器部件(11)和加重噪音的封鎖矩陣部件(12)。由于不能通過話音的加重完全取消噪音,所以噪音減少機(jī)制(13)使用封鎖矩陣部件(12)所加重的噪音降低噪音分量。另外,在噪音去除裝置中,后過濾機(jī)制(14)去除余留噪音。在這一情況下,盡管使用了噪音減少機(jī)制(1 和處理機(jī)制(1 的輸出,但過濾器的特性會導(dǎo)致頻譜誤差。因此, 要通過適應(yīng)部件(16)進(jìn)行校正。在這一情況下,這樣地進(jìn)行校正在其中不存在目標(biāo)聲音,而僅存在噪音的間隔中,使噪音減少機(jī)制(π)的輸出Sl和適應(yīng)部件(16)的輸出S2變得互相相等。這可由下列表達(dá)式⑴加以表示E^n{eia", Α:)}= A(ejO", k^ As[e]C1", A:) = θ|…(1)其中,在其中不存在目標(biāo)聲音的間隔中,左側(cè)表示適應(yīng)部件(16)的輸出S2的期望值,而右側(cè)表示噪音減少機(jī)制(13)的輸出Sl的期望值。通過這樣的校正,在其中僅存在噪音的間隔中,Sl和S2之間不會出現(xiàn)誤差,而且后過濾機(jī)制(14)可以完全去除噪音,但在其中既存在話音又存在噪音的間隔中,后過濾機(jī)制(14)可以僅去除噪音分量,而保留話音??梢赃@樣解釋所述校正校正了過濾器的方向特性。圖32A說明了校正之前過濾器的方向特性的實(shí)例,圖32B說明了校正之后過濾器的方向特性的實(shí)例。在圖32A和32B 中,坐標(biāo)軸表示增益,向上增益增加。在圖32A中,實(shí)線曲線a表示加重束形成器部件(11)所產(chǎn)生的加重目標(biāo)聲音的方向特性。根據(jù)這一方向特性,加重前方的目標(biāo)聲音,同時降低來自任何其它方向的聲音的增益。另外,在圖32A中,虛線曲線b表示封鎖矩陣部件(1 所產(chǎn)生的方向特性。根據(jù)這一方向特性,降低目標(biāo)聲音方向的增益,并且估計噪音。在校正之前,沿實(shí)線曲線a所表示的目標(biāo)聲音加重的方向特性和虛線曲線b所表示的方向特性之間的噪音的方向存在增益誤差。因此,當(dāng)后過濾機(jī)制(14)從目標(biāo)聲音估計信號減去噪音估計信號時,出現(xiàn)噪音的不充分的取消或者過度取消。與此同時,在圖32B中,實(shí)線曲線a'表示校正之后目標(biāo)聲音加重的方向特性。另外,在圖32B中,虛線曲線b'表示校正之后噪音估計的方向特性。使用校正系數(shù),沿目標(biāo)聲音加重的方向特性和噪音估計的方向特性中的噪音方向的增益針對對方互相加以調(diào)整。于是,當(dāng)后過濾機(jī)制(14)從目標(biāo)聲音估計信號減去噪音估計信號時,可以緩解噪音的不充分的取消或者過度取消。
發(fā)明內(nèi)容
以上所描述的專利文檔1中所公開的噪音抑制技術(shù)具有未考慮麥克風(fēng)之間的距離的問題。具體地講,在專利文檔1中所公開的噪音抑制技術(shù)中,有時不能依據(jù)麥克風(fēng)之間的距離正確地計算校正系數(shù)。如果不能正確地計算校正系數(shù),則存在著目標(biāo)聲音失真的可能。在麥克風(fēng)之間的距離偏大的情況下,會導(dǎo)致其中方向特性曲線皺褶的空間假頻,因此, 放大或者衰減了非預(yù)期方向的增益。圖33說明了出現(xiàn)空間假頻情況下過濾器的方向特性的實(shí)例。在圖33中,實(shí)線曲線a表示束形成器部件(11)所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音加重的方向特性,而虛線曲線b表示封鎖矩陣部件(1 所產(chǎn)生的噪音估計的方向特性。在圖33中所說明的方向特性的例子中,也隨同目標(biāo)聲音放大了噪音。在這一情況下,即使確定了校正系數(shù),也是無意義的,從而噪音抑制性能下降。在以上所描述的專利文檔1中所公開的噪音抑制技術(shù)中,假設(shè)預(yù)先知道麥克風(fēng)之間的距離,而且不存在麥克風(fēng)距離所導(dǎo)致的空間假頻。這一假設(shè)進(jìn)行了相當(dāng)大的限制。例如,當(dāng)在電話機(jī)的頻帶中對頻率(8000Hz)進(jìn)行取樣時,不導(dǎo)致空間假頻的麥克風(fēng)距離約為 4. 3cm0為了防止這樣的空間假頻,必須預(yù)先設(shè)置麥克風(fēng)之間的距離,S卩,設(shè)備之間的距離。在由c表示聲音速度,由d表示麥克風(fēng)之間的距離,即設(shè)備之間的距離,以及由f表示頻率的情況下,為了防止空間假頻,需滿足下列表達(dá)式O)d < c/2f . . . (2)例如,在噪音取消耳機(jī)中安裝了噪音取消麥克風(fēng)的情況下,麥克風(fēng)距離d為左右耳之間的距離。簡而言之,在這一情況下,不能使用以上所描述的不導(dǎo)致空間假頻的大約 4. 3cm的麥克風(fēng)距離。以上所描述的專利文檔1中所公開的噪音抑制技術(shù)還存在未考慮周圍噪音聲源數(shù)目的問題。具體地講,在目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況下,在不同幀之間以及在不同頻率之間隨機(jī)地輸入了周圍聲音。在這一情況下,在其處應(yīng)該在目標(biāo)聲音加重的方向特性和噪音估計的方向特性之間針對對方互相調(diào)整增益的位置,在不同幀之間以及在不同頻率之間不盡相同。因此,校正系數(shù)總是隨時間一起變化,而且不穩(wěn)定,這對輸出聲音具有不良影響。 圖34說明了目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況。參照圖34,實(shí)線曲線a表示目標(biāo)聲音加重的方向特性,其與圖32中的實(shí)線曲線a的情況相類似,虛線曲線b表示噪音估計的方向特性,其與圖32中的實(shí)線曲線b的情況相類似。當(dāng)目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源時,必須在多個位置處把兩個方向特性中的增益針對對方互相加以調(diào)整。在實(shí)際環(huán)境中,在這一方式下,目標(biāo)聲源周圍存在著大量噪音源,以上所描述的專利文檔1中所公開的噪音抑制技術(shù)不針對這樣的實(shí)際環(huán)境。因此,人們希望提供一種能夠在不依賴麥克風(fēng)之間距離的情況下執(zhí)行噪音去除過程的噪音去除裝置與噪音去除方法。另外,人們還希望提供一種能夠針對周圍噪音情況執(zhí)行適當(dāng)噪音去除過程的噪音去除裝置與噪音去除方法。根據(jù)所公開技術(shù)的實(shí)施例,提供了一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件, 其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及校正系數(shù)改變部件,其適合于改變所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以便在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值得到抑制。在噪音去除裝置中,目標(biāo)聲音估計部件針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號。作為目標(biāo)聲音加重過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的DS(延遲與求和)方法、自適應(yīng)束形成器過程等。另外,噪音估計部件還針對第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號。作為噪音估計過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的NBF (空束形成器) 過程、自適應(yīng)束形成器過程等。后過濾部件使用噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,通過后過濾過程去除余留在目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量。作為后過濾過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的頻譜縮減方法、MMSE-STSA (最小均方差短時頻譜幅度估計器)方法等。另外,校正系數(shù)計算部件還針對每一頻率,根據(jù)目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號計算后過濾部件加以執(zhí)行的校正后過濾過程的校正系數(shù)。校正系數(shù)改變部件改變校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以致能夠抑制在特定頻率出現(xiàn)的峰值。例如,在遭受空間假頻的頻帶中,校正系數(shù)改變部件沿頻率方向平滑校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以產(chǎn)生針對各頻率的被改變的校正系數(shù)?;蛘撸U禂?shù)改變部件把遭受空間假頻的頻帶中的頻率的校正系數(shù)改變?yōu)?。在第一和第二麥克風(fēng)之間的距離(即,麥克風(fēng)距離)偏大的情況下,出現(xiàn)空間假頻,目標(biāo)聲音加重指的是這樣方向特性也加重來自除目標(biāo)聲源方向之外任何其它方向的聲音。在校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù)中, 在特定頻率出現(xiàn)峰值。因此,如果照原樣使用這一校正系數(shù),則在特定頻率出現(xiàn)的峰值對輸出聲音具有不良影響,從而劣化了聲音質(zhì)量,如以上所描述的。在所述噪音去除裝置中,把遭受空間假頻的頻帶中的校正系數(shù)改變?yōu)槟軌蛞种瞥霈F(xiàn)在某一特定頻率的峰值。因此,可以緩解峰值對輸出聲音的不良影響,并且能夠抑制聲音質(zhì)量的劣化。于是,可以實(shí)現(xiàn)不依賴于麥克風(fēng)距離的噪音去除過程。噪音去除過程還可以包括目標(biāo)聲音間隔檢測部件,該目標(biāo)聲音間隔檢測部件適合于根據(jù)目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號檢測其中存在目標(biāo)聲音的間隔,根據(jù)目標(biāo)聲音間隔檢測部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音間隔信息和噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號在其中不存在目標(biāo)聲音的間隔中進(jìn)行校正系數(shù)的計算。在這一情況下,由于僅把噪音分量包括在目標(biāo)聲音估計信號中,所以能夠在不受目標(biāo)聲音影響的情況下高精度地計算校正系數(shù)。例如,目標(biāo)聲音檢測部件確定目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計信號之間的能量比率,當(dāng)能量比率高于極限值時,其斷定當(dāng)前間隔為目標(biāo)聲音間隔。校正系數(shù)計算部件可以根據(jù)下列表達(dá)式,使用針對第f頻率的幀t的目標(biāo)聲音估計信號z(f,t)和噪音估計信號N(f,t)以及針對第f頻率的幀t-1的校正系數(shù)β (f,t-l), 計算第f頻率的幀t的校正系數(shù)β (f,t)/ (/, t) = {a-/ (/, -1)} +1(1 -嶺 I^j其中,α為平滑系數(shù)。根據(jù)所公開技術(shù)的另實(shí)施例,提供了一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率, 根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及周圍噪音狀態(tài)估計部件,其適合于處理所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息;以及校正系數(shù)改變部件,其適合于根據(jù)所述周圍噪音狀態(tài)估計部件所產(chǎn)生的周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的改變的校正系數(shù)。在噪音去除裝置中,目標(biāo)聲音加重部件針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號。作為目標(biāo)聲音加重過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的DS(延遲與求和)方法、自適應(yīng)束形成器過程等。另外,噪音估計部件還針對第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號。作為噪音估計過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的NBF (空束形成器) 過程、自適應(yīng)束形成器過程等。后過濾部件使用噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,通過后過濾過程去除余留在目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量。作為后過濾過程,例如,可以使用已為人們所熟悉的頻譜縮減方法、MMSE-STSA方法等。另外,所述校正系數(shù)計算部件
9還針對每一頻率,根據(jù)目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號計算后過濾部件加以執(zhí)行的校正后過濾過程的校正系數(shù)。周圍噪音狀態(tài)估計部件處理第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息。例如,周圍噪音狀態(tài)估計部件計算第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號的相關(guān)系數(shù), 并且把所計算的相關(guān)系數(shù)用作周圍噪音的聲源數(shù)目信息。然后,根據(jù)周圍噪音狀態(tài)估計部件所產(chǎn)生的周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的被改變的校正系數(shù)。在目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況下,會針對每一頻率、針對每一幀隨機(jī)地輸入來自周圍噪音源的聲音,而且在其處把針對目標(biāo)聲音加重的方向特性和噪音估計的方向特性的增益針對對方互相加以調(diào)整的位置,在不同幀之間的不同頻率之間差異顯著。簡而言之,校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)通常隨時間一起變化,而且不穩(wěn)定,這對輸出聲音具有不良影響。在噪音去除裝置中,隨著周圍噪音的聲源數(shù)目的增加,被平滑的幀的數(shù)目增加,作為每一幀的校正系數(shù),使用沿幀方向進(jìn)行平滑所獲得的校正系數(shù)。因此,在目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況下,為了減少對輸出聲音的影響,可以抑制沿時間方向校正系數(shù)的變化。于是,可期望一種適合于周圍噪音狀況,即適合于其中目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的實(shí)際環(huán)境的噪音去除過程。根據(jù)所公開技術(shù)的另實(shí)施例,提供了一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率, 根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及第一校正系數(shù)改變部件,其適合于改變所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以便在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值得到抑制;周圍噪音狀態(tài)估計部件,其適合于處理所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息;以及第二校正系數(shù)改變部件,其適合于根據(jù)所述周圍噪音狀態(tài)估計部件所產(chǎn)生的周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的改變的校正系數(shù)??傊褂盟鲈胍羧コb置,把其中出現(xiàn)空間假頻的頻帶中的校正系數(shù)改變?yōu)槟軌蛞种瞥霈F(xiàn)在某一特定頻率的峰值。因此,可以緩解峰值對輸出聲音的不良影響,并且能夠抑制聲音質(zhì)量的劣化。于是,可以實(shí)現(xiàn)不依賴于麥克風(fēng)距離的噪音去除過程。另外,使用所述噪音去除裝置,隨著周圍噪音的聲源數(shù)目的增加,被平滑的幀的數(shù)目增加,作為針對每一幀的校正系數(shù),使用沿幀方向進(jìn)行平滑所獲得的校正系數(shù)。因此,在目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況下,為了減少對輸出聲音的影響,可以抑制沿時間方向校正系數(shù)的變化。于是,可期望一種適合于周圍噪音狀況的噪音去除過程。
通過以下結(jié)合附圖的描述以及所附權(quán)利要求,所述技術(shù)的上述與其它特性以及優(yōu)點(diǎn)將會變得十分明顯,在所述附圖中,以相同的參照字符表示相同的部分或者圖元。。
圖1為描述根據(jù)此處所公開技術(shù)第一實(shí)施例的聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖;圖2為描述了圖1中所示目標(biāo)聲音加重部件的結(jié)構(gòu)圖;圖3為描述圖1中所示噪音估計部件的結(jié)構(gòu)圖;圖4為描述圖1中所示后過濾部件的結(jié)構(gòu)圖;圖5為描述圖1中所示校正系數(shù)計算部件的結(jié)構(gòu)圖;圖6說明了針對圖5的校正系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例, 其中,麥克風(fēng)距離為2cm,不存在空間假頻;圖7說明了針對圖5的校正系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例, 其中,麥克風(fēng)距離為20cm,存在空間假頻;圖8概要性地說明了沿45°方向存在為一位女性講話者的噪音源;圖9說明了針對圖5的校正系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例, 其中,麥克風(fēng)距離為2cm,不存在空間假頻,而且存在2個噪音源;圖10說明了針對圖5的校正系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例, 其中,麥克風(fēng)距離為20cm,存在空間假頻,而且存在2個噪音源;圖11概要性地說明了沿45°方向存在為一位女性講話者的噪音源,并且沿-30° 方向存在為一位男性講話者的另噪音源;圖12和圖13說明了第一方法,其中,為把系數(shù)改變?yōu)槟軌蛞种瞥霈F(xiàn)在某一特定頻率的峰值,沿頻率方向平滑其中出現(xiàn)空間假頻的頻帶中的系數(shù);圖14說明了第二方法,其中,為把系數(shù)改變?yōu)槟軌蛞种瞥霈F(xiàn)在某一特定頻率的峰值,把其中出現(xiàn)空間假頻的頻帶中的系數(shù)置換為1 ;圖15為流程圖,說明了圖1中所示校正系數(shù)計算部件的處理規(guī)程
圖16為描述根據(jù)此處所公開技術(shù)第二實(shí)施例的聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖;圖17為條形圖,說明了噪音的聲源數(shù)目與相關(guān)系數(shù)之間關(guān)系的實(shí)例;圖18說明了針對圖16中所示相關(guān)系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例,其中,沿45°方向存在噪音源,麥克風(fēng)距離為2cm;圖19概要性地說明了沿45°方向存在的噪音源;圖20說明了針對圖16中所示相關(guān)系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)的實(shí)例,其中,沿不同方向存在多個噪音源,麥克風(fēng)距離為2cm;圖21概要性地描述了沿不同方向存在的多個噪音源;圖22說明了針對圖16中所示相關(guān)系數(shù)計算部件所計算的每一頻率的校正系數(shù)在不同的幀之間隨機(jī)變化的情況;圖23說明了根據(jù)作為周圍噪音聲源數(shù)目信息的相關(guān)系數(shù)確定被平滑幀數(shù)目時所使用的被平滑幀數(shù)目計算函數(shù)的實(shí)例;
圖對說明了沿幀或者時間方向平滑針對圖16中所示校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以獲得被改變的校正系數(shù)的情況;圖25為流程圖,說明了圖16中所示周圍噪音狀態(tài)估計部件和校正系數(shù)改變部件的處理規(guī)程;圖沈為描述根據(jù)此處所公開技術(shù)第三實(shí)施例的聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖;圖27為流程圖,說明了圖沈中所示校正系數(shù)改變部件、周圍噪音狀態(tài)估計部件以及校正系數(shù)改變部件的處理規(guī)程;圖觀為描述根據(jù)此處所公開技術(shù)第四實(shí)施例的聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖;圖四為描述圖觀中所示目標(biāo)聲音檢測部件的結(jié)構(gòu)圖;圖30說明了圖四的目標(biāo)聲音檢測部件的動作原理;圖31為描述以往噪音去除裝置的配置實(shí)例的結(jié)構(gòu)圖;圖32A和32B說明了圖31的噪音去除裝置校正之前和之后針對目標(biāo)聲音加重的方向特性和針對噪音估計的方向特性的實(shí)例;圖33說明了出現(xiàn)空間假頻情況下過濾器的方向特性的實(shí)例;圖34說明了目標(biāo)聲源周圍存在大量噪音源的情況。
具體實(shí)施例方式以下,將描述所公開技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)該加以注意的是,將按下列次序進(jìn)行描述。1.第一實(shí)施例
2.第二實(shí)施例
3.第三實(shí)施例
4.第四實(shí)施例
5.修改
<1.第一實(shí)施例聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例圖1描述了根據(jù)所公開技術(shù)第一實(shí)施例的聲音輸入系統(tǒng)的配置實(shí)例。參照圖1,所示的聲音輸入系統(tǒng)100使用安裝在噪音取消耳機(jī)左右耳機(jī)部分中的用于噪音取消的麥克風(fēng),執(zhí)行聲音輸入。聲音輸入系統(tǒng)100包括一對兒麥克風(fēng)IOla和10lb、模擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器102、 幀劃分部件103、快速傅里葉變換(FFT)部件104、目標(biāo)聲音加重部件105、以及噪音估計部件或者目標(biāo)聲音抑制部件106。聲音輸入系統(tǒng)100還包括校正系數(shù)計算部件107、校正系數(shù)改變部件108、后過濾部件109、反快速傅里葉變換(IFFT)部件110、以及波形合成部件 111。麥克風(fēng)IOla和IOlb收集周圍聲音,以產(chǎn)生相應(yīng)的觀察信號。根據(jù)一段預(yù)定的距離、按麥克風(fēng)IOla和IOlb之間相互并列的關(guān)系設(shè)置麥克風(fēng)IOla和101b。在本實(shí)施例中, 麥克風(fēng)IOla和IOlb為安裝在噪音取消耳機(jī)的左右耳機(jī)部分中的噪音取消麥克風(fēng)。
A/D轉(zhuǎn)換器102把麥克風(fēng)IOla和IOlb所產(chǎn)生的觀察信號從模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。為了允許針對每一幀對觀察信號進(jìn)行處理,幀劃分部件103把轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后的觀察信號劃分為具有預(yù)定的長度的幀,即,分幀觀察信號。快速傅里葉變換(FFT)部件 104針對幀劃分部件103所產(chǎn)生的分幀信號執(zhí)行快速傅里葉變換(FFT)過程,以將它們轉(zhuǎn)換為頻率域中的頻譜X(f,t)。此處,(f,t)代表第f個頻率的幀t的頻率頻譜。具體地講,f 代表頻率,t代表時間索引。目標(biāo)聲音加重部件105執(zhí)行針對麥克風(fēng)IOla和IOlb的觀察信號的目標(biāo)聲音加重過程,以針對每一幀、針對每一頻率生成相應(yīng)的目標(biāo)聲音估計信號。參照圖2,目標(biāo)聲音加重部件105產(chǎn)生其中由Xl (f,t)表示麥克風(fēng)IOla的觀察信號和由X2(f,t)表示麥克風(fēng)IOlb 的觀察信號的目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)。作為目標(biāo)聲音加重過程,例如,目標(biāo)聲音加重部件105可以使用已為人們所熟悉的DS(延遲與求和)方法、自適應(yīng)束形成器過程。DS是一種用于把輸入于麥克風(fēng)IOla和IOlb的信號的相位調(diào)整至目標(biāo)聲源方向的技術(shù)。麥克風(fēng)IOla和IOlb的提供旨在用于噪音取消耳機(jī)左右耳機(jī)部分中的噪音取消,當(dāng)從麥克風(fēng)IOlb看過去時,可以看出把用戶的嘴無誤地導(dǎo)向了前方。為此,在使用DS過程的情況下,目標(biāo)聲音加重部件105執(zhí)行觀察信號Xl (f, t)和觀察信號X2(f,t)的加法過程,然后根據(jù)以下給出的表達(dá)式C3)對所得之和做除法,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號Z (f,t) Z (f, t) = IX1 (f, t) +X2 (f, t)} /2 ... (3)應(yīng)該加以注意的是,DS是一種稱為固定束形成器的技術(shù),其改變輸入信號的相位, 以控制方向特性。如果預(yù)先知道麥克風(fēng)距離,則為產(chǎn)生以上所描述的目標(biāo)聲音估計信號 Z(f,t),目標(biāo)聲音加重部件105也可以使用諸如自適應(yīng)束形成器過程等的過程取代DS過程。參照圖1,噪音估計部件或者目標(biāo)聲音抑制部件106針對麥克風(fēng)IOla和IOlb的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以針對每一幀中的每一頻率產(chǎn)生噪音估計信號。噪音估計部件 106估計除為用戶的話音的目標(biāo)聲音之外的、為噪音的聲音。換句話說,噪音估計部件106 執(zhí)行僅去除目標(biāo)聲音同時保留噪音的過程。參照圖3,噪音估計部件106確定其中由Xl (f,t)表示麥克風(fēng)IOla的觀察信號和由X2(f,t)表示麥克風(fēng)IOlb的觀察信號的噪音估計信號N(f,t)。作為其噪音估計過程, 噪音估計部件106使用空束形成器(NBF)過程、自適應(yīng)束形成器過程。如以上所描述的,麥克風(fēng)IOla和IOlb為以上所描述的安裝在噪音取消耳機(jī)的左右耳機(jī)部分中的噪音取消麥克風(fēng),當(dāng)從麥克風(fēng)IOla和IOlb看過去時,可以看出把用戶的嘴無誤地導(dǎo)向了前方。因此,在使用NBF過程的情況下,噪音估計部件106執(zhí)行觀察信號Xl (f, t)和觀察信號X2(f,t)之間的減法過程,然后根據(jù)以下給出的表達(dá)式(4)把所得之差除以 2,以產(chǎn)生噪音估計信號N(f,t)N(f, t) = {Xl(f, t)-X2(f, t)}/2 . . . (4)應(yīng)該加以注意的是,NBF是一種稱為固定束形成器的技術(shù),其改變輸入信號的相位,以控制方向特性。在預(yù)先知道麥克風(fēng)距離的情況下,為產(chǎn)生以上所描述的噪音估計信號 N(f, t),噪音估計部件106也可以使用諸如自適應(yīng)束形成器過程的過程取代NBF過程。回過頭來參照圖1,后過濾部件109使用噪音估計部件106所獲得的噪音估計信號N(f,t),通過后過濾過程,去除余留在目標(biāo)聲音加重部件105所獲得的目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)中的噪音分量。換句話說,后過濾部件109根據(jù)目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)和噪音估計信號N(f,t),產(chǎn)生噪音抑制信號Y(f,t)如在圖4中所看到的。后過濾部件109使用諸如頻譜縮減方法或者M(jìn)MSE-STSA方法的已知技術(shù)產(chǎn)生噪音抑制信號 Y (f,t)。例如,S. F. Boll 的"Suppression of acoustic noise in speech using spectral subtraction,,(IEEE論文集,Acoustics,Speech,and Signal Processing, ^ 27, 編號2,第113 120頁,1979年)中公開了所述頻譜縮減方法。而Y. Ephraim和D. Malah StJ “Speech enhancement using a minimum mean-square error short-time spectral amplitude estimator,,(IEEE 論文集,Acoustics, Speech, and Signal Processing,卷 32, 編號6,第1109 1121頁,1984年)中公開了 MMSE-STSA方法。回過頭來參照圖1,校正系數(shù)計算部件107針對每一幀中的每一頻率計算校正系數(shù)β (f,t)。這一校正系數(shù)β (f,t)用于校正以上所描述的后過濾部件109所執(zhí)行的后過濾過程,即,把余留在目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)中的噪音分量的增益和噪音估計信號N(f, t)的增益針對對方互相加以調(diào)整。參照圖5,校正系數(shù)計算部件107根據(jù)目標(biāo)聲音加重部件 105所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號Z (f,t)和噪音估計部件106所產(chǎn)生的噪音估計信號N(f, t),針對每一幀中的每一頻率計算校正系數(shù)β (f,t)。在本實(shí)施例中,校正系數(shù)計算部件107根據(jù)下列表達(dá)式(5)計算校正系數(shù)β (f, t)
權(quán)利要求
1.一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程, 以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及校正系數(shù)改變部件,其適合于改變所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以便在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值得到抑制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪音去除裝置,其中,在遭受空間假頻的頻帶中,所述校正系數(shù)改變部件沿頻率方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以產(chǎn)生針對這些頻率的改變的校正系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪音去除裝置,其中,所述校正系數(shù)改變部件將所述遭受空間假頻的頻帶中的這些頻率的校正系數(shù)改變?yōu)?。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪音去除裝置,還包含目標(biāo)聲音間隔檢測部件,其適合于根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號檢測其中存在目標(biāo)聲音的間隔;根據(jù)所述目標(biāo)聲音間隔檢測部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音間隔信息,在其中不存在目標(biāo)聲音的間隔中進(jìn)行校正系數(shù)的計算。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的噪音去除裝置,其中,所述目標(biāo)聲音檢測部件確定目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計信號之間的能量比率,并且在所述能量比率高于一極限值時,斷定當(dāng)前間隔為目標(biāo)聲音間隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噪音去除裝置,其中,所述校正系數(shù)計算部件根據(jù)下列表達(dá)式,使用針對第f頻率的幀t的目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)和噪音估計信號N(f,t)以及針對第f頻率的幀t-Ι的校正系數(shù)β (f,t-1),計算第f頻率的幀t的校正系數(shù)β (f,t)
7.一種噪音去除方法,包含針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號; 使用所述噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將被執(zhí)行的后過濾過程;以及改變所述校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以便在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值得到抑制。
8.一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程, 以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及周圍噪音狀態(tài)估計部件,其適合于處理所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息;以及校正系數(shù)改變部件,其適合于根據(jù)所述周圍噪音狀態(tài)估計部件所產(chǎn)生的周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的改變的校正系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噪音去除裝置,其中,所述周圍噪音狀態(tài)估計部件計算所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號的相關(guān)系數(shù),并且把所計算的相關(guān)系數(shù)用作周圍噪音的聲源數(shù)目信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噪音去除裝置,還包含目標(biāo)聲音間隔檢測部件,其適合于根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號檢測其中存在目標(biāo)聲音的間隔;校正系數(shù)計算部件,根據(jù)所述目標(biāo)聲音間隔檢測部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音間隔信息,執(zhí)行在其中不存在目標(biāo)聲音的間隔中的校正系數(shù)的計算。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的噪音去除裝置,其中,所述目標(biāo)聲音檢測部件確定目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計信號之間的能量比率,并且在所述能量比率高于一極限值時,斷定當(dāng)前間隔為目標(biāo)聲音間隔。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的噪音去除裝置,其中,所述校正系數(shù)計算部件根據(jù)下列表達(dá)式,使用針對第f頻率的幀t的目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)和噪音估計信號N(f,t)以及針對第f頻率的幀t-Ι的校正系數(shù)β (f,t-1),計算第f頻率的幀t的校正系數(shù)β (f,t)/ (/, t) = {a-/ (/, -1)} +1(1 -嶺 I^j其中,α為平滑系數(shù)。
13.一種噪音去除方法,包含針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號;使用所述噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將被執(zhí)行的后過濾過程;以及處理所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息;以及根據(jù)所述周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑所述校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的改變的校正系數(shù)。
14.一種噪音去除裝置,包含目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對按互相之間預(yù)定的空間關(guān)系設(shè)置的第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行噪音估計過程, 以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號通過后過濾過程去除余留在所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率,根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號,計算校正系數(shù),用于校正將由所述后過濾部件執(zhí)行的后過濾過程;以及第一校正系數(shù)改變部件,其適合于改變所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以便在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值得到抑制;周圍噪音狀態(tài)估計部件,其適合于處理所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號,以產(chǎn)生周圍噪音的聲源數(shù)目信息;以及第二校正系數(shù)改變部件,其適合于根據(jù)所述周圍噪音狀態(tài)估計部件所產(chǎn)生的周圍噪音的聲源數(shù)目信息,沿幀方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以致被平滑的幀的數(shù)目隨聲源的數(shù)目的增加而增加,以產(chǎn)生針對各幀的改變的校正系數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪音去除裝置,其中,在遭受空間假頻的頻帶中,所述校正系數(shù)改變部件沿頻率方向平滑所述校正系數(shù)計算部件所計算的校正系數(shù),以產(chǎn)生針對這些頻率的改變的校正系數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪音去除裝置,其中,所述校正系數(shù)改變部件將所述遭受空間假頻的頻帶中的這些頻率的校正系數(shù)改變?yōu)?。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪音去除裝置,所述周圍噪音狀態(tài)估計部件計算所述第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號的相關(guān)系數(shù),并且把所計算的相關(guān)系數(shù)用作周圍噪音的聲源數(shù)目 fn息ο
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪音去除裝置,還包含目標(biāo)聲音間隔檢測部件,其適合于根據(jù)所述目標(biāo)聲音加重部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音估計信號和所述噪音估計部件所產(chǎn)生的噪音估計信號檢測其中存在目標(biāo)聲音的間隔;校正系數(shù)計算部件,根據(jù)所述目標(biāo)聲音間隔檢測部件所產(chǎn)生的目標(biāo)聲音間隔信息,執(zhí)行在其中不存在目標(biāo)聲音的間隔中的校正系數(shù)的計算。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的噪音去除裝置,其中,所述目標(biāo)聲音檢測部件確定目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計信號之間的能量比率,并且在所述能量比率高于一極限值時,斷定當(dāng)前間隔為目標(biāo)聲音間隔。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的噪音去除裝置,其中,所述校正系數(shù)計算部件根據(jù)下列表達(dá)式,使用針對第f頻率的幀t的目標(biāo)聲音估計信號Z(f,t)和噪音估計信號N(f,t)以及針對第f頻率的幀t-Ι的校正系數(shù)β (f,t- ),計算第f頻率的幀t的校正系數(shù)β (f,t)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種噪音去除裝置,包括目標(biāo)聲音加重部件,其適合于針對第一和第二麥克風(fēng)的觀察信號執(zhí)行目標(biāo)聲音加重過程,以產(chǎn)生目標(biāo)聲音估計信號;噪音估計部件,其適合于針對觀察信號執(zhí)行噪音估計過程,以產(chǎn)生噪音估計信號;后過濾部件,其適合于使用噪音估計信號去除余留在目標(biāo)聲音估計信號中的噪音分量;校正系數(shù)計算部件,其適合于針對每一頻率,根據(jù)目標(biāo)聲音估計信號和噪音估計信號計算校正后過濾過程的校正系數(shù);以及校正系數(shù)改變部件,其適合于改變校正系數(shù)中屬于遭受空間假頻的頻帶的校正系數(shù),以致能夠抑制在某一特定頻率出現(xiàn)的峰值。
文檔編號H04R3/02GK102404671SQ20111025582
公開日2012年4月4日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者關(guān)矢俊之, 大迫慶一, 安部素嗣, 難波隆一 申請人:索尼公司