异质麦克风自动增益校准方法及系统技术方案

本发明专利技术提出一种异质麦克风自动增益校准方法和系统，其方法包括：获取麦克风信号，对所述信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。本发明专利技术可以有效抑制信道噪声而不对目标信号造成过分扭曲，同时对谐波结构进行修复，避免信号失真；同时可以自适应估算混响时间，保证混响抑制的准确性；采用各个频带分别计算幅度增益的方法，准确恢复各个频带信号，避免同比例扩大但是信号在各个频带分辨率并无改善的缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到噪音控制领域，特别是涉及到一种异质麦克风自动增益校准方法及系统。
技术介绍
麦克风语音采集系统通过传感器感知声压信号并转为数字信号，实现采集环境中声音信号的目的。不同的麦克风根据具体的应用有着不同的敏感性，比如有些应用麦克风与声源存在一定距离，需要麦克风有着较高的敏感性，才能保证信号不丢失，带来的不利影响是会放大系统噪声；如果降低麦克风的敏感性，固然系统噪声不至于太大，然而目标信号也同时会存在损失的缺陷。不同的智能终端会根据实际应用的特点，对这二者做一个折中平衡。整体而言，不同的智能终端所内置的麦克风存在的系统噪声大小、不同的频率段增益值各有不同，对同一信号采集存在差异性，即“异质性”。近年来随着互联网技术、智能硬件的蓬勃发展，语音识别、声纹识别、声源检测等语音智能交互技术开始从实验室走向用户。这些声信号处理技术主要基于一定的数据库，通过机器学习技术进行建模，实现智能交互的目的。然而，在实际应用中，语音等音频信号存在数据来源的多样性特点，即所谓的“异质性”，会造成训练模型与实际应用的适配，影响智能交互的准确性。异质性主要由三个主要原因造成：(1)声信号采集设备，即麦克风，存在的信道噪声，并且不同智能终端信道噪声在能量大小、频率分布上各有不同；(2)不同的麦克风采集设备在各个频带增益存在不同；(3)由于麦克风与目标声源距离的变化，造成信号采集上的差异。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种异质麦克风自动增益校准方法，解决声音信号的异质性。本专利技术提出一种异质麦克风自动增益校准方法，包括以下步骤：对信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。优选地，所述对信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号的步骤包括：假设信号由目标信号和信道噪音组成，对信号做傅里叶变换；对所有频率k，初始化噪音功率谱设定为λV(0,k)＝0，目标信号功率谱设定为λX(0,k)＝0，先验信噪比ε(0,k)＝0，后验信噪比为γ(0,k)＝0；设置平滑因子，更新噪音功率谱密度；根据更新后的噪音功率谱密度和目标信号功率谱计算先验信噪比，根据更新后的噪音功率谱密度和信号功率谱密度计算后验信噪比；根据先验信噪比和后验信噪比计算噪音抑制控制因子；修正噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；根据第一目标信号计算新的目标信号功率谱。优选地，所述噪音抑制控制因子可由以下公式获得：其中，G(l,k)为噪音抑制控制因子，γ(l，k)为后验信噪比，ε(l，k)为先验信噪比，l为时间帧变量，k为频率变量。优选地，所述对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号的步骤包括：计算所述第一目标信号各个频率的混响衰减因子；将第一目标信号分解为直达分量和混响分量，更新混响分量功率谱密度和直达分量功率谱密度；根据更新后的混响分量功率谱密度和直达分量功率谱密度计算混响权重因子；计算混响控制因子，获得第二目标信号。优选地，所述混响分量功率谱密度是由以下公式获得：λX,Late(l,k)＝αexp(-2χ(k)Ne)λX,Late(l-1,k)+(1-α)λ(l,k)其中，λX，Late(l,k)为更新后的混响分量功率谱密度，α为平滑因子，Ne为傅里叶变换窗长，λX，Late(l-1,k)为未更新的混响分量功率谱密度，χ(k)为频率为k的混响衰减因子，λ(l,k)为时间为l，频率为k的信号功率谱密度。优选地，所述混响权重因子是由以下公式获得：其中，为先验混响权重因子，为后验混响权重因子，λX,D(l-1,k)为更新前的混响分量功率谱密度，λX，Late(l,k)为更新后的混响分量功率谱密度，为第一目标信号。优选地，所述混响控制因子是由以下公式获得：其中，GD(l,k)为混响控制因子，ρ为安全门限。优选地，所述对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号的步骤包括：设定所述第二目标信号指定时间前所有时间帧假设为静音帧，计算各个频带能量的平均值；计算静音帧各个频带能量变化的方差；计算静音帧各帧总能量，并追踪最大值；计算目标声源活动频带数量指数；判断目标声源信号的存在，若不存在，则将第二目标信号输出，再经傅立叶逆变化生成第三目标信号；若存在，缓冲设定时长数据，并计算缓冲区内各帧能量值；判断缓冲区内能量最大值是否大于当前最大值，若否，则将第二目标信号输出，再经傅立叶逆变化生成第三目标信号；若是，则计算各频带增益控制因子，并对第二目标信号进行校准，将校准后的信号经傅立叶逆变化生成第三目标信号。优选地，所述目标声源活动频带数量指数可由以下公式获得：其中，Λ(l,k)为频率为k的目标声源活动频带数量指数，Λ(l)为目标声源活动频带数量指数总数，为第二目标信号，为第二目标信号各个频带能量的平均值，υD(k)为静音帧各个频带能量变化的方差，k为频率，K为最大频率。优选地，所述增益控制因子及校准后的第二目标信号可由以下公式获得：其中，μ(l,k)为增益控制因子，XF(l,k)为校准后的第二目标信号，Δ(k)为频带相关增益控制自适应因子，ηmax为能量最大值，SD(l)为静音帧各帧总能量，为第二目标信号。优选地，所述频带相关增益控制自适应因子Δ(k)可由以下公式获得：其中，k为频率，K为最大频率。本专利技术还提出了一种异质麦克风自动增益校准系统，包括：噪音控制模块，用于获取麦克风信号，对所述信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；混响控制模块，用于对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；增益控制模块，用于对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。本专利技术提出一种异质麦克风自动增益校准方法和系统，其方法包括：对信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。本专利技术可以有效抑制信道噪声而不对目标信号造成过分扭曲，同时对谐波结构进行修复，避免信号失真；同时可以自适应估算混响时间，保证混响抑制的准确性；采用各个频带分别计算幅度增益的方法，准确恢复各个频带信号，避免同比例扩大但是信号在各个频带分辨率并无改善的缺点。附图说明图1为本专利技术一种异质麦克风自动增益校准方法实施例的流程示意图；图2为本专利技术一种异质麦克风自动增益校准方法实施例的信道噪声控制流程图；图3为本专利技术一种异质麦克风自动增益校准方法实施例的混响控制流程图；图4为本专利技术一种异质麦克风自动增益校准方法实施例的频带独立自适应控制流程图；图5为本专利技术一种异质麦克风自动增益校准系统实施例的结构示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术提出一种异质麦克风自动增益校准方法，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质麦克风自动增益校准方法，其特征在于，包括以下步骤：获取麦克风信号，对所述信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。

【技术特征摘要】
1.一种异质麦克风自动增益校准方法，其特征在于，包括以下步骤：获取麦克风信号，对所述信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；对所述第一目标信号进行混响估算，计算混响控制因子并对所述第一目标信号修正，获得第二目标信号；对所述第二目标信号进行增益控制，获得第三目标信号。2.根据权利要求1所述的异质麦克风自动增益校准方法，其特征在于，所述对信号进行信道噪音估算，计算噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号的步骤包括：假设信号由目标信号和信道噪音组成，对信号做傅里叶变换；对所有频率k，初始化噪音功率谱设定为λV(0,k)＝0，目标信号功率谱设定为λX(0,k)＝0，先验信噪比ε(0,k)＝0，后验信噪比为γ(0,k)＝0；设置平滑因子，更新噪音功率谱密度；根据更新后的噪音功率谱密度和目标信号功率谱计算先验信噪比，根据更新后的噪音功率谱密度和信号功率谱密度计算后验信噪比；根据先验信噪比和后验信噪比计算噪音抑制控制因子；修正噪音抑制控制因子并对所述信号修正，获得第一目标信号；根据第一目标信号计算新的目标信号功率谱。3.根据权利要求1所述的异质麦克风自动增益校准方法，其特征在于，所述噪音抑制控制因子可由以下公式获得：G(l,k)=1-(γ(l,k)-ϵ(l,k)-1)24γ(l,k)1-(γ(l,k)-ϵ(l,k)-1)24ϵ(l,k)]]>其中，G(l,k)为噪音抑制控制因子，γ(l，k)为后验信噪比，ε(l，k)为先验信噪比，l为时间帧变量，k为频率变量。4.根据权利要求1所述的异质麦克风自动增益校准方法，其特征在于，所述对...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡钢林，
申请(专利权)人：深圳撒哈拉数据科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44