应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法，该方法可以根据用户所使用模式的不同来选取对应的降噪方法；在正常手持通话模式下，基于功率水平差异的方法适用于该模式下的近场信号模型，且能有效利用主次麦克风接收语音信号在能量上的较大差异信息；在使用扬声器模式下，利用基于双麦克风之间相关性的方法不需要进行噪声功率谱的估计，且能够避免两个麦克风接收噪声不一致对于基于功率水平差异方法的影响；此外，相比于传统的基于功率水平差异的方法，本发明专利技术通过构造的维纳滤波能有效避免噪声功率谱估计错误导致的音乐噪声。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及语音降噪
，尤其涉及一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法。
技术介绍
在现有的小型手持设备中，常采用双麦克风以及三麦克风。现有技术利用主麦克风接收期望语音及背景噪声，次麦克风接收背景噪声，并且假设这两个麦克风接收到的背景噪声是一致的，从而利用两个麦克风接收信号的差值作为期望信号输出。这种方法在背景噪声不一致的情况下会产生音乐噪声，并且当次麦克风包含期望语音成分的时候会产生语音失真。此外，利用相位差(时延估计)的双通道滤波技术会残留音乐噪声，且由相位差计算声源方向的可行性是建立在远场条件下的，并不适用于手持近场的环境。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法，可以尽可能无失真地提取出期望语音，消除背景噪声。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法，其特征在于，包括：接收双麦克风的语音信号，并进行通话模式的判别；若当前为手持通话模式，则采用基于双麦克风功率水平差异的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号；若当前为扬声器通话模式，则采用基于双麦克风之间相干性的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号。2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用基于双麦克风功率水平差异的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号包括：主麦克风与次麦克风接收到的语音信号如下：x1(m)＝h1(m)*s(m)+n1(m)；x2(m)＝h2(m)*s(m)+n2(m)；其中，m为采样点，x1(m)为主麦克风接收到的语音信号，x2(m)为次麦克风接收到的语音信号；hi(m)为声波传播模型冲击响应，ni(m)为噪声，i＝1,2；s(m)为目标语音，*为卷积操作；对主麦克风与次麦克风接受到的语音信号分别做短时傅里叶变换，得到：X1(n,k)＝H1(n,k)S(n,k)+N1(n,k)；X2(n,k)＝H2(n,k)S(n,k)+N2(n,k)；其中，n和k分别表示时间点和频率点；将上述两个式子改写为：X1(n,k)＝S1(n,k)+N1(n,k)；X2(n,k)＝H12(n,k)S1(n,k)+N2(n,k)；其中，S1(n,k)表示H1(n,k)S(n,k)，从而有根据短时傅里叶变换结果分别计算主麦克风与次麦克风带噪音的功率谱密度PSD，得到： P X 1 ( n , k ) = P S 1 ( n , k ) + P N 1 ( n , k ) ; ]]> P X 2 ( n , k ) = | H 12 ( n , k ) | 2 P S 1 ( n , k ) + P N 2 ( n , k ) ; ]]>将与相减得到： P X 1 ( n , k ) - P X 2 ( n , k ) = ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) P S 1 ( n , k ) + P N 1 ( n , k ) - P N 2 ( n , k ) ; ]]>令其中ΔPN≈0，则有： | ΔP X ( n , k ) | = | ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) | P S 1 ( n , k ) ; ]]>利用估计的语音信号PSD和噪声信号PSD可以构造维纳滤波器GΔP(n,k)；其中利用估计的主麦克风语音信号PSD和噪声信号PSD进行构造时： G Δ P ( n , k ) = P ^ 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法，其特征在于，包括：接收双麦克风的语音信号，并进行通话模式的判别；若当前为手持通话模式，则采用基于双麦克风功率水平差异的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号；若当前为扬声器通话模式，则采用基于双麦克风之间相干性的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号。

【技术特征摘要】
1.一种应用于双麦克风小型手持设备的语音降噪方法，其特征在于，包括：接收双麦克风的语音信号，并进行通话模式的判别；若当前为手持通话模式，则采用基于双麦克风功率水平差异的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号；若当前为扬声器通话模式，则采用基于双麦克风之间相干性的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用基于双麦克风功率水平差异的语音降噪方法来获取降噪后的语音信号包括：主麦克风与次麦克风接收到的语音信号如下：x1(m)＝h1(m)*s(m)+n1(m)；x2(m)＝h2(m)*s(m)+n2(m)；其中，m为采样点，x1(m)为主麦克风接收到的语音信号，x2(m)为次麦克风接收到的语音信号；hi(m)为声波传播模型冲击响应，ni(m)为噪声，i＝1,2；s(m)为目标语音，*为卷积操作；对主麦克风与次麦克风接受到的语音信号分别做短时傅里叶变换，得到：X1(n,k)＝H1(n,k)S(n,k)+N1(n,k)；X2(n,k)＝H2(n,k)S(n,k)+N2(n,k)；其中，n和k分别表示时间点和频率点；将上述两个式子改写为：X1(n,k)＝S1(n,k)+N1(n,k)；X2(n,k)＝H12(n,k)S1(n,k)+N2(n,k)；其中，S1(n,k)表示H1(n,k)S(n,k)，从而有根据短时傅里叶变换结果分别计算主麦克风与次麦克风带噪音的功率谱密度PSD，得到： P X 1 ( n , k ) = P S 1 ( n , k ) + P N 1 ( n , k ) ; ]]> P X 2 ( n , k ) = | H 12 ( n , k ) | 2 P S 1 ( n , k ) + P N 2 ( n , k ) ; ]]>将与相减得到： P X 1 ( n , k ) - P X 2 ( n , k ) = ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) P S 1 ( n , k ) + P N 1 ( n , k ) - P N 2 ( n , k ) ; ]]>令其中ΔPN≈0，则有： | ΔP X ( n , k ) | = | ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) | P S 1 ( n , k ) ; ]]>利用估计的语音信号PSD和噪声信号PSD可以构造维纳滤波器GΔP(n,k)；其中利用估计的主麦克风语音信号和噪声信号进行构造时： G Δ P ( n , k ) = P ^ S 1 ( n , k ) P ^ S 1 ( n , k ) + P ^ N 1 ( n , k ) ; ]]>其中，GΔP(n,k)的下标ΔP表示该滤波器是基于功率水平差得到的；将|ΔPX(n,k)|表达式带入上式，得到： G Δ P ( n , k ) = | ΔP X ( n , k ) | | ΔP X ( n , k ) | + | ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) | P ^ N 1 ( n , k ) ; ]]>在上式中加入一个自由参数α，则有： G Δ P ( n , k ) = | ΔP X ( n , k ) | | ΔP X ( n , k ) | + α | ( 1 - | H 12 ( n , k ) | 2 ) | P ^ N 1 ( n , k ) ; ]]>其中，主麦克风噪声的PSD采用语音信号开始的T纯噪声帧计算，公式如下： P ^ N 1 ( n , k ) = λ N P ^ N 1 ( n - 1 , k ) + ( 1 - λ N ) | X 1 ( n , k ) | 2 i f n < T ; ]]>式中，λN为噪声遗忘因子；X1(n,k)表示主麦克风接收信号的时频域值；主麦克风与次麦克风带噪音的互功率谱密度CPSD为： P X 1 X 2 ( n , k ) = H 12 ( n , k ) P S 1 ( n , k ) + P N 1 N 2 ( n , k ) ; ]]>其中为两个麦克风接收噪声信号的CPSD，通过下式进行估计： P ^ N 1 N 2 ( n , k ) = λ N P ^ N 1 N 2 ( n - 1 , k ) + ( 1 - λ N ) | X 1 ( n , k ) X 2 ( n , k ) | i f n < T ]]>通过主麦克风接收信号PSD与估计噪声PSD的差值进行估计： P ^ S 1 ( n , k ) = P ^ X 1 ( n , k ) - P ^ N 1 ( n , k ) ]]>从而得到估计的冲击响应函数H12(n,k)： H ^ 12 ( n , k ) = P ^ X 1 X 2 ( n , k ) - P ^ ...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶中付，鲍光照，罗友，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34