用于音频信号噪声抑制的方法和系统技术方案

一种音频信号噪声抑制的方法和系统，该音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个输入信号都具有声源信号部分和背景噪声部分，该方法和系统包括以下步骤和装置：从输入信号中提取至少两种不同类型的空间声场特征，例如，区别语音特征和/或背景噪声特征；根据所提取的空间声场特征计算第一中间空间噪声抑制增益；计算第二中间平稳噪声抑制增益；将两个中间噪声抑制增益组合，以形成总噪声抑制增益，其中，通过比较该两个中间噪声抑制增益的值，并根据其比率或相对差，来组合两个中间噪声抑制增益，以确定总噪声抑制增益；将总噪声抑制增益施加至音频信号，以产生噪声抑制的音频系统输出信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种音频信号噪声抑制的方法和系统，该音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个输入信号都具有声源信号部分和背景噪声部分，该方法和系统包括以下步骤和装置：从输入信号中提取至少两种不同类型的空间声场特征，例如，区别语音特征和/或背景噪声特征；根据所提取的空间声场特征计算第一中间空间噪声抑制增益；计算第二中间平稳噪声抑制增益；将两个中间噪声抑制增益组合，以形成总噪声抑制增益，其中，通过比较该两个中间噪声抑制增益的值，并根据其比率或相对差，来组合两个中间噪声抑制增益，以确定总噪声抑制增益；将总噪声抑制增益施加至音频信号，以产生噪声抑制的音频系统输出信号。【专利说明】用于音频信号噪声抑制的方法和系统本专利技术涉及用于音频信号噪声抑制的装置、系统和方法，所述音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个音频系统输入信号具有源信号部分和背景噪声部分。
技术介绍
在音频通信中，典型地，不失真且无噪声地传输用户的声音是有利的。然而，通信装置经常在嘈杂环境中使用；装置的麦克风所拾取的信号是用户的声音和干扰噪声的混合体。麦克风处的声场的特性根据不同的信号和噪声环境会大量变化。例如，该声音可能来自单一方向，或同时来自许多方向。其可能在远离麦克风或靠近麦克风的地方产生。其可能是平稳/恒定的，或是不平稳/瞬时的。噪声也可能由麦克风端口处的风湍流(windturbulence)产生。多麦克风背景降噪方法分为两个一般类别。第一种类型是波束成形，其中，将输出采样计算为输入采样的线性组合。第二种类型是噪声抑制，其中，通过对信号应用时变滤波器(time-variant filter)来减小噪声成分,例如,通过使滤波器组域(bank domain)中的信号上的与时间和频率相关的增益增加。当仅一个麦克风或音频输入可用时，噪声抑制滤波器不可能是空间敏感的。无法获得声场的空间特征，提供与语音和背景噪声相关的判别信息，典型地，仅将其限制为，抑制背景噪声的平稳成分或准平稳成分。波束成形和噪声抑制可以顺序地应用，因为它们的降噪效果是加成的。在W02009/132646A1中公开了适应性波束成形器的一个实例。在0.Yilmaz 和 S.Rickard 的 Blind Separation of Speech Mixtures viaTime-Frequency Masking(通过时频掩蔽而盲分离混合语音)，IEEE Transactions onSignal Processing (IEEE 信号处理学报)，Vol.52，N0.7，第 1830 至 1847 页，2004 年 7 月)中，公开了一种分离混合声音的方法。在两个特征的基础上，以时频表示方式计算分离掩蔽，该两个特征即，两个传感器信号之间的级差和相位延迟。在W02009/096958A1中公开了 一种将方向噪声抑制和平稳噪声抑制算法组合的方法。然而，此方法并未考虑空间噪声抑制成分，该空间噪声抑制成分除了方向特征以外，其还利用一组空间区别特征的组合。
技术实现思路
本专利技术所解决的噪声抑制的基本问题是，在时间和频率上，将声音信号分类成，主要感兴趣的信号(例如，用户的声音或语音)，或主要是干扰噪声，并应用相关过滤以减小输出信号中的噪声成分。当语音和噪声的分布不同时，此分类具有成功的机会。使用不同的分布，文献中的许多方法提出了空间特征，该空间特征将信号映射至接下来将解决的一维分类问题。这种特征的实例是到达角、接近性、相关性以及和差比率。本专利技术利用这样的事实:每个所提出的空间特征附有一定的不确定度，并且，有利地可以将它们组合，实现更高程度的分类精度，另外可通过任何一个单独空间特征来实现该更高程度的分类精度。已这样选择所提出的空间特征，使得，其中每个都对分类器增加分辨权重(power)。在本专利技术的一个实施方式中，对分类器的输入是所提出的特征的加权和。因此，本专利技术的一个目的是，在个人通信装置的传输路径中提供一种噪声抑制器，该噪声抑制器消除平稳噪声以及非平稳背景噪声。根据本专利技术的第一方面，这个目的通过音频信号噪声抑制的方法来实现，该音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个输入信号都具有声源信号部分和背景噪声部分，该方法包括以下步骤:a)从输入信号中提取至少两种不同类型的空间声场特征，例如，区别语音和/或背景噪声特征，b)在所提取的空间声场特征的基础上，计算第一中间空间噪声抑制增益，c)计算第二中间平稳噪声抑制增益，d)将两个中间噪声抑制增益相组合，以形成总噪声抑制增益，其中，通过比较它们的值，并根据它们的比率或相对差，来组合两个中间噪声抑制增益，确定总噪声抑制增益，e)将总噪声抑制增益施加至音频信号，以产生噪声抑制的音频系统输出信号。有利地,可针对至少一个频率次频带(sub-band),在频域中执行该方法。可以应用傅里叶转换的众所周知的方法(例如，快速傅里叶转换(FFT))，将信号从时域转换至频域。结果，可以在每个频带中应用最优滤波。可每20毫秒(ms)或在任何其他适当的时间间隔下，用FFT算法计算新的频谱。为了在上述步骤d)中实现最优的噪声抑制增益，可将总噪声抑制增益选择为，两个中间噪声抑制增益的最小增益或最大增益。如果希望迅速(aggressive,有侵略性的)抑制噪声，那么可选择最小增益，如果希望稳定(conservative,保守的)抑制噪声,使得通过更大量的语音，那么可选择最大增益。在最小和最大增益的范围内，也可能在步骤d)中应用加权因子，以实现更灵活的总噪声抑制增益。因此，总噪声抑制增益被选择为，两个中间噪声抑制增益的线性组合。如果对两个中间增益应用同一因子0.5，那么结果将是平均增益。可以应用其他因子，例如，对第一中间增益应用0.3，对第二中间增益应用0.7，或者反之亦然。所选择的组合可以以每种降噪方法所提供的置信度的测量值为基础。在本专利技术的一个实施方式中，空间声场特征可包括声源接近性和/或声信号相关性和/或声波方向性(例如入射角)。该方法在步骤e)之前可能进一步包括以下步骤:通过波束成形器空间地过滤音频信号，然后在步骤e)中，对来自波束成形器的输出信号施加总噪声抑制增益。这样，在施加总噪声抑制增益之前，音频信号在一定程度上已被空间过滤。该方法可能进一步包括以下步骤:计算从所提取的空间特征中得出的至少一组空间差异线索，并在该组(或多组)空间差异线索的基础上，计算空间噪声抑制增益。可从空间线索的线性组合中完成空间噪声抑制增益的计算。优选地，该方法包括，作为时间和/或频率的函数，将一组空间线索中的不同类型的空间线索的内容的相互关系进行加权。这样，例如，在一个频率次频带中可将方向性线索选择为更突出，而在另一频率次频带中将接近性线索选择为更突出。可每20毫秒或在任何其他适当的时间间隔下计算新的空间线索。在一个实施方式中，该方法包括,在波束成形器输出信号的基础上,计算平稳噪声抑制增益。这使得平稳噪声抑制滤波器能够计算音频系统信号的背景噪声和期望声源部分(声音/语音)的改进估计值。音频系统输入信号可包括将由该方法处理的至少两个麦克风信号。本专利技术的第二方面涉及一种用于音频信号噪声抑制的系统，音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个输入信号都具有声源信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频信号噪声抑制的方法，所述音频信号包括至少两个音频系统输入信号的组合，其中每个输入信号都具有声源信号部分和背景噪声部分，所述方法包括以下步骤：‑a)从所述输入信号中提取至少两种不同类型的空间声场特征，例如，区别语音特征和/或背景噪声特征，‑b)在所提取的空间声场特征的基础上，计算第一中间空间噪声抑制增益，‑c)计算第二中间平稳噪声抑制增益，‑d)将两个中间噪声抑制增益组合，以形成总噪声抑制增益，其中，通过比较所述两个中间噪声抑制增益的值并根据所述两个中间噪声抑制增益的比率或相对差，来组合所述两个中间噪声抑制增益，以确定所述总噪声抑制增益，‑e)将所述总噪声抑制增益施加至所述音频信号，以产生噪声抑制的音频系统输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斯穆斯·孔斯格德·奥尔森，
申请(专利权)人：GN奈康有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK