一种噪声消除装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种噪声消除装置和方法，使用两个麦克风构造两个零点分别指向前后方向的心形指向麦克风，使得处理之后的主麦克风一路信号主要包含目标语音，而另一路信号主要包含噪声；然后再采用频域自适应滤波，通过调节自适应滤波器的增益，来控制整个装置的波束指向范围；最后再通过单通道去噪算法，进一步消除主麦克风信号中的噪声成分。从而使得装置对于消除噪声和保持目标语音质量的性能上达到最优。可广泛应用于麦克风噪声消除领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及音频处理领域，特别涉及。
技术介绍
麦克风接收的声音除了目标语音信号外，往往还包括背景人声、背景音乐等噪声。现有技术中噪声消除的方法主要分为单麦克风去噪和多麦克风即麦克风阵列去噪两种方法。单麦克风去噪方法在特定的应用场景中可以取得较好的效果，其去噪原理一般都是利用目标语音和噪声成分在时-频域上的区别来进行噪声消除，如一般认为噪声信号的特性变化相对语音信号来说较为缓慢。因此对于一般情况，这种算法存在以下缺点1)当噪声为非平稳类型，如背景人声、背景音乐时，去噪效果相对平稳类型噪声有所下降；2)信噪比较低(如低于0)时，去噪效果不明显；3)可能引入音乐噪声，所述音乐噪声是在噪声消除过程中因此需要在保持语音质量和抑制噪声之间做折中。利用多麦克风去噪方法可以克服上述问题，以适应较为恶劣的声学环境，因此在数字助听器、车载语音设备或录音设备、飞行员及士兵的通信装置、会议麦克风、语音识别前端装置等领域得到了广泛的应用。相对于单麦克风去噪方法，多麦克风去噪方法主要利用了目标声源和噪声源在空间域上的差别，即各声源到麦克风的距离和方向不同来进行信号分离，从而实现噪声消除。现有的肩并肩方式(broadside type)的双麦克风去噪装置主要有三种方式采用两个全指向性麦克风；采用两个单指向性麦克风；采用一个全指向，一个单指向麦克风。所谓肩并肩方式指正前方目标语音信号到达两个麦克风的时刻相同，称为broadside type。第一种，即采用两个全指向麦克风的方法，往往对目标语音的质量影响比较大，并且基本无法消除来自正后方的噪声。第二种，即采用两个朝前指向的单指向性的麦克风的方法，除了利用单指向麦克风本身的特性对正后方的噪声有一定的抑制外，其他性能与第一种方案相似。第三种，即一个单指向，一个全指向麦克风的组合方法，现有方案往往直接采用这两路信号来做自适应滤波，由于两路信号中都含有较强的语音成分，因此语音质量会有所下降。综上所述，现有的双麦克风去噪方法，噪声消除的效果并不理想，而且在消除噪声的同时，会引起目标语音质量的下降。
技术实现思路
针对现有技术中肩并肩方式的双麦克风去噪方法的缺点，本专利技术的目的就在于提供，可以有效消除噪声，同时不会引起目标语音质量的下降。为了达到上述目的，本专利技术提供一种噪声消除装置，包括目标语音信号获取模块，用于获取信号主要成分为语音信号的声音信号；噪声信号获取模块，用于获取信号主要成分为噪声信号的声音信号；自适应滤波模块，用于利用所述噪声信号获取模块的输出信号模拟得到所述目标语音信号获取模块中的噪声信号成分，然后将模拟得到的信号从目标语音信号获取模块的输出中减去，以得到去除了噪声的语音信号；单通道去噪模块，用于对所述自适应滤波模块的输出结果进行单通道去噪处理，得到进一步去除了噪声后的信号。优选的，所述目标语音信号获取模块，为一指向目标语音信号方向的心形单指向性麦克风，用于吸收主要成分为目标语音信号的声音信号；所述噪声信号获取模块，包括一全指向性麦克风以及一增益调整单元，及一减法器，所述全指向性麦克风用于吸收所有方向的声音信号，所述增益调整单元用于调整所述全指向性麦克风输出信号的增益，使得所述全指向性麦克风及心形单指向性麦克风吸收目标语音方向声音的增益相同，所述减法器用于将所述全指向性麦克风通过增益调整的信号与所述心形单指向性麦克风的输出相减，得到信号主要成分为噪声信号的声音信号。优选的，所述目标语音信号获取模块，为一指向目标语音信号方向的心形单指向性麦克风，用于吸收主要成分为目标语音信号的声音信号；所述噪声信号获取模块，为一指向与目标语音信号方向反向的单指向性麦克风，用于吸收主要成分为噪声信号的声音信号。优选的，所述自适应滤波模块为一频域自适应滤波器。优选的，所述频域自适应滤波器中包括系数调整单元，用于检测滤波器系数的大小，并在所述滤波器系数过大时，降低其值。优选的，所述降低滤波器系数的值具体为令W(k+1)'=W(k+1)*Threshhold||Wmax(k+1)||,]]>W(k+1)＝[W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)]，是频域自适应滤波器的系数，为一个N维的复数矢量，N为系数长度；‖Wmax(k+1)‖为W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)的各个复数的模的最大值；Threshhold=1+cos(θ)1-cos(θ),]]>其中θ为希望保护的语音信号的输入角度值。本专利技术还提供一种噪声消除方法，包括以下步骤获取目标语音信号，即主要成分为语音信号的声音信号s(k)；获取噪声信号，即主要成分为噪声的声音信号n(k)；自适应滤波步骤，对所述n(k)进行滤波，以模拟得到所述s(k)中的噪声信号成分，然后令s(k)减去模拟得到的噪声；单通道去噪步骤，对所述自适应滤波步骤的结果进行单通道去噪处理，得到去除了噪声后的信号。优选的，所述获取目标语音信号，为使用一单指向性麦克风吸收目标语音方向的声音信号f(k)，即s(k)＝f(k)；所述获取噪声信号，包括使用一全指向性麦克风吸收所有方向的声音信号b(k)；调整所述b(k)的增益α，使其与所述f(k)在目标语音方向上的增益相同；将所述通过增益调整后的信号α*b(k)与所述f(k)相减，得到信号主要成分为噪声信号的声音信号n(k)，即n(k)＝α*b(k)-f(k)。优选的，所述获取目标语音信号，为使用一单指向性麦克风吸收目标语音方向的声音信号f′(k)，即s(k)＝f′(k)；所述获取噪声信号，为使用一心形单指向性麦克风吸收与目标语音方向反向的声音信号b′(k)，即n(k)＝b′(k)。优选的，所述自适应滤波步骤采用频域自适应滤波方法。优选的，在每次滤波器系数更新后检测滤波器系数的大小，并在所述滤波器系数过大时，降低其值。优选的，所述降低滤波器系数的值具体为令W(k+1)'=W(k+1)*Threshold||Wmax(k+1)||,]]>所述W(k+1)＝[W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)]，是频域自适应滤波器的系数，为一个N维的复数矢量，N为系数长度；所述‖Wmax(k+1)‖为所述W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)的各个复数的模的最大值；所述Threshold=1+cos(θ)1-cos(θ),]]>其中θ为希望保护的语音信号的输入角度最大值。本专利技术与现有技术的不同之处在于，利用两个麦克风使得处理之后的主麦克风一路信号主要包含目标语音，而辅麦克风一路信号主要包含噪声；然后再采用频域自适应滤波，并且通过调节自适应滤波器的增益，来控制整个装置的波束指向范围，从而使得装置对于消除噪声和保持目标语音质量的性能上达到最优。使用本专利技术，可以有效消除噪声，同时不降低目标语音的质量。附图说明图1本专利技术装置的基本原理框图；图2本专利技术实施例一的电路框图；图3本专利技术实施例二的电路框图；图4波束形成原理图；图5频域LMS算法示意图；图6全指向性麦克风和心形单指向性麦克风极性图；图7本专利技术方法示意图。具体实施例方式本专利技术在现有技术的基础上，经过充分的理论研究和大量的实验，提出一种新本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪声消除装置，其特征在于，包括：目标语音信号获取模块，用于获取信号主要成分为语音信号的声音信号；噪声信号获取模块，用于获取信号主要成分为噪声信号的声音信号；自适应滤波模块，用于利用所述噪声信号获取模块的输出信号模 拟得到所述目标语音信号获取模块中的噪声信号成分，然后将模拟得到的信号从目标语音信号获取模块的输出中减去，以得到去除了噪声的语音信号；单通道去噪模块，用于对所述自适应滤波模块的输出结果进行单通道去噪处理，得到进一步去除了噪声后的信号。

【技术特征摘要】
1.一种噪声消除装置，其特征在于，包括目标语音信号获取模块，用于获取信号主要成分为语音信号的声音信号；噪声信号获取模块，用于获取信号主要成分为噪声信号的声音信号；自适应滤波模块，用于利用所述噪声信号获取模块的输出信号模拟得到所述目标语音信号获取模块中的噪声信号成分，然后将模拟得到的信号从目标语音信号获取模块的输出中减去，以得到去除了噪声的语音信号；单通道去噪模块，用于对所述自适应滤波模块的输出结果进行单通道去噪处理，得到进一步去除了噪声后的信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标语音信号获取模块，为一指向目标语音信号方向的心形单指向性麦克风，用于吸收主要成分为目标语音信号的声音信号；所述噪声信号获取模块，包括一全指向性麦克风以及一增益调整单元，及一减法器，所述全指向性麦克风用于吸收所有方向的声音信号，所述增益调整单元用于调整所述全指向性麦克风输出信号的增益，使得所述全指向性麦克风及心形单指向性麦克风吸收目标语音方向声音的增益相同，所述减法器用于将所述全指向性麦克风通过增益调整的信号与所述心形单指向性麦克风的输出相减，得到信号主要成分为噪声信号的声音信号。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标语音信号获取模块，为一指向目标语音信号方向的心形单指向性麦克风，用于吸收主要成分为目标语音信号的声音信号；所述噪声信号获取模块，为一指向与目标语音信号方向反向的单指向性麦克风，用于吸收主要成分为噪声信号的声音信号。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自适应滤波模块为一频域自适应滤波器。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述频域自适应滤波器中包括系数调整单元，用于检测滤波器系数的大小，并在所述滤波器系数过大时，降低其值。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述降低滤波器系数的值具体为令W(k+1)′=W(k+1)*Threshhold||Wmax(k+1)||,]]>所述W(k+1)＝[W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)]，是频域自适应滤波器的系数，为一个N维的复数矢量，N为系数长度；所述||Wmax(k+1)||为W0(k+1)，W1(k+1)...WN-1(k+1)的各个复数的模的最大值；所述Threshhold=1+cos(&...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨，邓昊，冯宇红，
申请(专利权)人：北京中星微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]