手机麦克风的语音增强系统和语音增强方法技术方案

本发明专利技术公开了一种手机麦克风的语音增强系统和语音增强方法，该方法先将主、次麦克风的带噪语音信号经过时域消噪处理滤除主，次麦克风之间的线性相关噪声，再将时域消噪处理后的信号转化到频域进行频域消噪处理，进一步的滤除主，次麦克风之间的线性不相关噪声。该方法利用语音的基音和谐波结构在频域中确定语音频点和噪声频点，并针对语音和噪声频点调节频域维纳滤波器的参数，使得维纳滤波器精准的消除噪声频点的同时对语音频点进行保留，达到了减少语音失真，提高手机通话质量的效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及手机通话中的噪声抑制和消除领域，尤其涉及一种手机麦克风的语音增强系统和语音增强方法。
技术介绍
语音是人类所发出的声音，这是一种特殊的声音，空气由肺部经气管进入喉咙，又经过声带进入声道，最后由嘴辐射发出声波，形成了语音，喉咙包含着重要的发声器官——声带，声带为语音产生提供主要的激励源，声带每次开启与闭合的时间是声带的震动周期，它的倒数称为基音频率，简称基音，人在发浊音时，声带的震动产生带有周期性质的波形并且承载着语音的大部分能量。具有周期性和谐波性是语音信号的特点。语音的这一特性对语音信号处理至关重要。利用语音的基音和谐波特性可以帮助我们更好的区分语音和噪声。在语音信号处理系统中，语音的基音和谐波特性被广泛地应用于语音压缩编码、语音分析合成以及语音识别等方面，但是如何将语音的基音和谐波特性与语音增强系统相结合的研究还较少，特别是应用于手机双麦克风语音增强系统中。将语音的特性与手机双麦克风语音增强系统进行有效的结合是一个值得探讨的问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种手机麦克风的语音增强系统和语音增强方法，该方法利用语音的基音和谐波特性在频域区分语音和噪音频点，控制手机双麦克风消噪系统精准的消除噪声频点的同时保留语音频点，减少语音失真，提高手机通话质量。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的手机麦克风的语音增强系统包括：第一模数转换模块、第二模数转换模块、语音和噪声活动检测装置以及消噪装置；所述第一模数转换模块连接手机上的主麦克风，将主麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为主麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述第二模数转换模块连接手机上的次麦克风，将次麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为次麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪模块；所述语音和噪声活动检测装置根据主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为所述消噪装置确定语音采样点和噪声采样点；消噪装置包括时域消噪模块和频域消噪模块，时域消噪模块在语音采样点先将次麦克风数字带噪语音信号中的语音信号进行消除处理得到背景噪声信号，再在噪声采样点对主麦克风数字带噪语音信号中的背景噪声信号进行降噪处理得到主麦克风时域增强语音信号；频域消噪模块先分别对主麦克风时域增强语音信号和背景噪声信号进行短时傅里叶变化得到主麦克风频域增强语音信号和频域背景噪声信号，然后，在频域中先通过主麦克风噪声估计单元估计出主麦克风频域增强信号中的噪声，再利用语音的基音和谐波检测单元分别标记出语音和噪声频点并针对语音和噪声频点控制维纳滤波器参数进行调整，通过维纳滤波器将估计的噪声从主麦克风频域增强信号中滤除得到频域增强信号，最后，通过短时傅里叶逆变换将频域增强信号转化到时域，得到最终的消噪信号。其中，所述时域消噪模块包括：第一滤波器，以主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为输入信号，在所述语音采样点调整滤波器参数将纯净语音信号从所述次麦克风数字带噪语音信号中滤除得到所述背景噪声信号；第二滤波器，以主麦克风数字带噪语音信号作为参考信号，将所述第一滤波器输出的背景噪声信号作为输入，在所述噪声采样点调整滤波器参数将所述背景噪声信号从所述主麦克风数字带噪语音信号中滤除，得到所述主麦克风时域增强语音信号。其中，所述频域消噪模块包括：主麦克风噪声估计单元，对所述主麦克风频域增强语音信号中的噪声进行估计得到频域噪声估计语音的基音和谐波检测单元，估计语音的基音和谐波，并在语音主宰帧中将估计的语音的基音和谐波所在的频点标记为语音频点，在基音和谐波以外的频点通过预设的判断条件来确定噪声频点；维纳滤波器消噪处理单元，根据增益函数Gp(wk)与所述频域噪声估计的噪声功率Pnn(wk)的乘积调节维纳滤波器的参数，将所述频域噪声估计从主麦克风频域增强语音信号中滤除得到所述最终的消噪信号，所述增益函数Gp(wk)的值根据所述噪声频点改变。相应地，本专利技术还提供一种应用于上述手机麦克风的语音增强系统的语音增强方法，包括以下步骤：所述第一模数转换模块连接手机上的主麦克风，将主麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为主麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述第二模数转换模块连接手机上的次麦克风，将次麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为次麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪模块；所述语音和噪声活动检测装置根据主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为所述消噪装置确定语音采样点和噪声采样点；所述消噪装置的时域消噪模块在语音采样点先将次麦克风数字带噪语音信号中的语音信号进行消除处理得到背景噪声信号，再在噪声采样点对主麦克风数字带噪语音信号中的背景噪声信号进行降噪处理得到主麦克风时域增强语音信号；所述消噪装置的频域消噪模块分别对主麦克风时域增强语音信号和背景噪声信号进行短时傅里叶变化得到主麦克风频域增强语音信号和频域背景噪声信号，并在频域滤除主麦克风频域增强语音信号中的噪声得到最终的消噪信号。其中，所述频域消噪模块在频域滤除主麦克风频域增强语音信号中的噪声得到最终的消噪信号，包括以下步骤：(1)对所述主麦克风频域增强语音信号采用基于最小值迭代的噪声估计算法得到每一帧带噪语音信号在每一个频点的先验信噪比和后验信噪比，并通过先验信噪比和后验信噪比计算每一个频点的语音存在概率，通过语音存在概率调整噪声估计的平滑参数，并通过噪声估计的平滑参数迭代计算得到每一帧带噪语音信号在每一个频点的第一噪声估计(2)利用所述频域背景噪声信号估计所述主麦克风频域增强语音信号中的噪声，得到第二噪声估计(4)将所述第一噪声估计和所述第二噪声估计相加得到最终的频域噪声估计并利用所述最终的频域噪声估计计算噪声功率Pnn(wk)；(5)利用所述基于最小值迭代的噪声估计算法得到的每一帧带噪语音信号在每一个频点的先验信噪比和后验信噪比确定语音主宰帧和噪声主宰帧，在语音主宰帧中估计所述主麦克风频域增强语音信号的基音和谐波，并将估计的语音的基音和谐波所在的频点标记为语音频点，在基音和谐波以外的频点通过预设的判断条件标记噪声频点；(6)结合步骤(5)标记的噪声频点和语音频点调节维纳滤波器的参数H(wk)，对所述主麦克风频域增强语音信号中的噪声频点进行滤除，同时对标记为语音的频点进行保留，得到频域增强后的语音信号(7)将所述频域增强后的语音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手机麦克风的语音增强系统，其特征在于，包括：第一模数转换模块、第二模数转换模块、语音和噪声活动检测装置以及消噪装置；所述第一模数转换模块连接手机上的主麦克风，将主麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为主麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述第二模数转换模块连接手机上的次麦克风，将次麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为次麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述语音和噪声活动检测装置根据主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为所述消噪装置确定语音采样点和噪声采样点；消噪装置包括时域消噪模块和频域消噪模块，时域消噪模块在语音采样点先将次麦克风数字带噪语音信号中的语音信号进行消除处理得到背景噪声信号，再在噪声采样点对主麦克风数字带噪语音信号中的背景噪声信号进行降噪处理得到主麦克风时域增强语音信号；频域消噪模块先分别对主麦克风时域增强语音信号和背景噪声信号进行短时傅里叶变化得到主麦克风频域增强语音信号和频域背景噪声信号，然后，在频域中先通过主麦克风噪声估计单元估计出主麦克风频域增强信号中的噪声，再利用语音的基音和谐波检测单元分别标记出语音和噪声频点并针对语音和噪声频点控制维纳滤波器参数进行调整，通过维纳滤波器将估计的噪声从主麦克风频域增强信号中滤除得到频域增强信号，最后，通过短时傅里叶逆变换将频域增强信号转化到时域，得到最终的消噪信号。...

【技术特征摘要】
1.一种手机麦克风的语音增强系统，其特征在于，包括：第一模数转换模块、第
二模数转换模块、语音和噪声活动检测装置以及消噪装置；所述第一模数转换模块连接
手机上的主麦克风，将主麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为主麦克风数字带噪语
音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述第二模数转换模块连接手机
上的次麦克风，将次麦克风接收到的模拟带噪语音信号转换为次麦克风数字带噪语音信
号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；所述语音和噪声活动检测装置根据主
麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为所述消噪装置确定语音采样
点和噪声采样点；消噪装置包括时域消噪模块和频域消噪模块，时域消噪模块在语音采
样点先将次麦克风数字带噪语音信号中的语音信号进行消除处理得到背景噪声信号，再
在噪声采样点对主麦克风数字带噪语音信号中的背景噪声信号进行降噪处理得到主麦
克风时域增强语音信号；频域消噪模块先分别对主麦克风时域增强语音信号和背景噪声
信号进行短时傅里叶变化得到主麦克风频域增强语音信号和频域背景噪声信号，然后，
在频域中先通过主麦克风噪声估计单元估计出主麦克风频域增强信号中的噪声，再利用
语音的基音和谐波检测单元分别标记出语音和噪声频点并针对语音和噪声频点控制维
纳滤波器参数进行调整，通过维纳滤波器将估计的噪声从主麦克风频域增强信号中滤除
得到频域增强信号，最后，通过短时傅里叶逆变换将频域增强信号转化到时域，得到最
终的消噪信号。
2.根据权利要求1所述的手机麦克风的语音增强系统，其特征在于，所述时域消
噪模块包括：
第一滤波器，以主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪语音信号为输入信
号，在所述语音采样点调整滤波器参数将纯净语音信号从所述次麦克风数字带噪语音信
号中滤除得到所述背景噪声信号；
第二滤波器，以主麦克风数字带噪语音信号作为参考信号，将所述第一滤波器输出
的背景噪声信号作为输入，在所述噪声采样点调整滤波器参数将所述背景噪声信号从所
述主麦克风数字带噪语音信号中滤除，得到所述主麦克风时域增强语音信号。
3.根据权利要求1所述的手机麦克风的语音增强系统，其特征在于，所述频域消
噪模块包括：
主麦克风噪声估计单元，对所述主麦克风频域增强语音信号中的噪声进行估计得到

\t频域噪声估计语音的基音和谐波检测单元，在语音帧中估计语音的基音和谐波，并将估计出的语
音的基音和谐波所在的频点标记为语音频点，对基音和谐波以外的频点通过预设的判断
条件来确定是否为噪声频点；
维纳滤波器消噪处理单元，根据增益函数Gp(wk)与所述频域噪声估计的噪
声功率Pnn(wk)的乘积调节维纳滤波器的参数，将所述频域噪声估计从主麦克风
频域增强语音信号中滤除得到所述最终的消噪信号，所述增益函数Gp(wk)的值根据所
述噪声和语音频点而调整。
4.一种应用于权利要求1所述的手机麦克风的语音增强系统的语音增强方法，其
特征在于，包括以下步骤：
所述第一模数转换模块连接手机上的主麦克风，将主麦克风接收到的模拟带噪语音
信号转换为主麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪装置；
所述第二模数转换模块连接手机上的次麦克风，将次麦克风接收到的模拟带噪语音
信号转换为次麦克风数字带噪语音信号并传递给语音和噪声活动检测装置和消噪模块；
所述语音和噪声活动检测装置根据主麦克风数字带噪语音信号和次麦克风数字带噪
语音信号为所述消噪装置确定语音采样点和噪声采样点；
所述消噪装置的时域消噪模块在语音采样点先将次麦克风数字带噪语音信号中的
语音信号进行消除处理得到背景噪声信号，再在噪声采样点对主麦克风数字带噪语音信
号中的背景噪声信号进行降噪处理得到主麦克风时域增强语音信号；
所述消噪装置的频域消噪模块先分别对主麦克风时域增强语音信号和背景噪声信
号...

【专利技术属性】
技术研发人员：章雒霏，张铭，李晨，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32