一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法技术

本发明专利技术涉及一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，与蓝牙耳机上设置两个线性排列的无指向麦克风形成麦克风阵列，基于麦克风阵列将空间划分为一个获取目标声音信号的目标空间子带和多个干扰空间子带，根据输入信号功率谱以及各干扰空间子带的噪声功率谱得到当前帧的输入信号的噪声功率谱；将输入信号的噪声功率谱以及输入信号功率谱作为输入，采用预设的语音增强算法对输入信号进行语音增强。在硬件资源增加不多的情况下取得更好的降噪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法
本专利技术涉及语音信号处理
，尤其涉及一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法。
技术介绍
当人们拿着通讯设备进行通话时，如果周围环境过于嘈杂，较大的背景噪声会严重影响通话质量，特别是使用蓝牙耳机，由于麦克风离说话人距离较远，背景噪声对通话质量的影响更为严重，因此，关于蓝牙耳机的降噪方案一直很受重视。关于蓝牙耳机的降噪方案，目前有很多种，单麦克风、双麦克风和三麦克风，部分还增加骨传导麦克风。其中，双麦克风降噪风案比较常见，双麦克风普遍采用波束成形方法，一种是基于自适应波束形成的降噪方案，另一种是基于固定波束形成的降噪方案。基于自适应波束形成的降噪方案虽然降噪效果好，但是需要增加硬件资源，导致成本高，空间增大，用户佩戴蓝牙耳机姿势不正确容易造成较大的语音损失，基于固定波束形成的降噪方案虽然对硬件资源要求不高，对佩戴者说话方向的偏差鲁棒性更高，但是对干扰噪声抑制能力有限，且离佩戴者说话方向越近，降噪效果越差。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，旨在解决现有技术中蓝牙耳机的降噪方案中要么对硬件资源要求高要么降噪效果差的技术问题。一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，于蓝牙耳机上设置线性排列的第一麦克风和第二麦克风，第一麦克风和第二麦克风构成麦克风阵列；基于麦克风阵列将空间划分为一个目标声音信号的目标空间子带和多个干扰空间子带，包括如下步骤：步骤A1，使用麦克风阵列接收原始声音信号；步骤A2，将第一麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第一频域信号，将第二麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第二频域信号，对第一频域信号和第二频域信号进行处理得到麦克风阵列的若干帧输入信号；步骤A3，基于输入信号计算输入信号功率谱；步骤A4，采用预先设计的每个干扰空间子带的陷波波束对输入信号进行滤波处理，获得各个干扰空间子带的滤波后信号；步骤A5，基于输入信号功率谱以及干扰空间子带的滤波后信号计算各干扰空间子带的噪声功率谱；步骤A6，基于输入信号功率谱以及干扰空间子带的噪声功率谱计算当前帧输入信号的噪声功率谱；步骤A7，以输入信号功率谱以及输入信号的噪声功率谱作为输入，采用预设的语音增强算法对输入信号进行语音增强处理。步骤A8，将当前帧的语音增强后的输入信号转换成是时域信号输出；步骤A9，在蓝牙耳机降噪方法中，循环执行步骤A3-A8，以分别对每帧输入信号进行语音增强处理并转换成时域信号，随后合并所有帧时域信号以作为降噪后的目标声音信号输出，以实现对蓝牙耳机的降噪处理。进一步的，在步骤A4中，干扰空间子带的陷波波束的设计过程包括：步骤A41，构建麦克风阵列接收信号在频域中的表达式；步骤A42，通过线性滤波器获取估计信号，采用的表达式如下：Z(ω)＝hH(ω)Y(ω)＝hH(ω)d(ω)X(ω)+hH(ω)v(ω)；步骤A43，设定限制条件以保证目标主方向角度无失真，限制条件如下所示：hH(ω)d(ω，θ)＝1；步骤A44，涉及阻带波束的约束条件以满足限制条件，从而得到干扰空间子带的陷波波束，约束条件如下所示：其中，Z(ω)为估计信号；X(ω)为期望信号；h(ω)为待解的陷波波束；上标H为共轭转置操作；Y(ω)为麦克风阵列接收信号在频域中的表达式；d(ω)为包含角频率ω作为变量参加计算时的空间导向向量；X(ω)为期望信号；v(ω)为噪声信号矢量；d(ω，θ)为包含角频率ω和入射角为θ作为变量参加计算时的空间导向向量；Γα，β(ω)为声音入射角度为α到β范围内的均匀声场噪声协方差矩阵；ε为控制陷波波束形成的白噪声增益；IM为M阶的单位矩阵。进一步的，在步骤A41中，麦克风阵列接收信号在频域中的表达式如下所示：Y(ω)＝[Y1(ω)Y2(ω)]T＝x(ω)+v(ω)＝d(ω)X(ω)+v(ω)；其中，Y1(ω)为第一麦克风的接收信号在频域中设计的表达式：Y2(ω)为第一麦克风的接收信号在频域中设计的表达式：X(ω)为期望信号；v(ω)为噪声信号矢量。进一步的，在步骤A4中，干扰空间子带的陷波波束的公式如下所示：其中，hα，β(ω，θ)为干扰空间子带的陷波波束的处理结果；d(ω，θ)为包含角频率ω和入射角为θ作为变量参加计算时的空间导向向量；ε为控制陷波波束形成的白噪声增益；IM为M阶的单位矩阵；Γα，β(ω)为声音入射角度为α到β范围内均匀声场噪声协方差矩阵；上标H为共轭转置操作；d(ω)为包含角频率ω作为变量参加计算时的空间导向向量。α表示干扰空间子带中入射角度范围的下临界值；β表示干扰空间子带中入射角度范围的上临界值。进一步的，在步骤A4中，入射角度为α到β范围内均匀声场噪声协方差矩阵的公式如下所示：其中，Γα，β(ω)为声音入射角度为α到β范围内均匀声场噪声协方差矩阵；上标H为共轭转置操作；α表示干扰空间子带中入射角度范围的下临界值；β表示干扰空间子带中入射角度范围的上临界值。进一步的，步骤A5，基于输入信号功率谱以及干扰空间子带的滤波后信号计算各干扰空间子带的噪声功率谱包括如下步骤：步骤A51，基于干扰空间子带的滤波后信号计算各干扰空间子带的滤波信号功率谱；步骤A52，基于输入信号功率谱以及滤波信号功率谱计算各干扰空间子带的噪声功率谱。进一步的，在步骤A6中，计算当前帧输入信号的噪声功率谱的步骤包括：步骤A61，基于输入信号功率谱和干扰空间子带的噪声功率谱计算各个干扰空间子带的信噪比；步骤A62，根据各个干扰空间子带的信噪比计算各干扰空间子带的噪声存在概率；步骤A63，根据输入信号计算稳态噪声功率谱；步骤A64，根据稳态噪声功率谱和各干扰空间子带的噪声功率谱，结合各干扰空间子带的噪声存在概率估计当前帧输入信号的噪声功率谱。进一步的，在步骤A61，干扰空间子带的信噪比的计算公式如下所示：其中，Gi表示第i个干扰空间子带的信噪比；Nfft为单帧输入信号的频点数；Ni(ωn)为频点数为n时的第i个干扰空间子带的噪声功率谱；P(ωn)表示频点数为n时的输入信号功率谱。进一步的，在步骤A62中，干扰空间子带的噪声存在概率的计算公式如下所示：其中，Pei为第i个干扰空间子带的噪声存在概率；Gi为第i个干扰空间子带的信噪比。进一步的，将空间划分为一个目标空间子带和三个干扰空间子带；目标空间子带的角度范围为0°～45°，目标主方向角度为0°；各干扰空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，其特征在于，于所述蓝牙耳机上设置线性排列的第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和所述第二麦克风构成麦克风阵列；基于所述麦克风阵列将空间划分为一个目标声音信号的目标空间子带和多个干扰空间子带，包括如下步骤：/n步骤A1，使用所述麦克风阵列接收原始声音信号；/n步骤A2，将所述第一麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第一频域信号，将所述第二麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第二频域信号，对所述第一频域信号和所述第二频域信号进行处理得到所述麦克风阵列的若干帧输入信号；/n步骤A3，基于所述输入信号计算输入信号功率谱；/n步骤A4，采用预先设计的每个所述干扰空间子带的陷波波束对所述输入信号进行滤波处理，获得各个所述干扰空间子带的滤波后信号；/n步骤A5，基于所述输入信号功率谱以及所述干扰空间子带的滤波后信号计算各所述干扰空间子带的噪声功率谱；/n步骤A6，基于所述输入信号功率谱以及所述干扰空间子带的噪声功率谱计算当前帧所述输入信号的噪声功率谱；/n步骤A7，以所述输入信号功率谱以及所述输入信号的噪声功率谱作为输入，采用预设的语音增强算法对所述输入信号进行语音增强处理；/n步骤A8，将当前帧的语音增强后的输入信号转换成是时域信号输出；/n步骤A9，在蓝牙耳机降噪方法中，循环执行步骤A3-A8，以分别对每帧输入信号进行语音增强处理并转换成时域信号，随后合并所有帧时域信号以作为降噪后的所述目标声音信号输出，以实现对蓝牙耳机的降噪处理。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，其特征在于，于所述蓝牙耳机上设置线性排列的第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和所述第二麦克风构成麦克风阵列；基于所述麦克风阵列将空间划分为一个目标声音信号的目标空间子带和多个干扰空间子带，包括如下步骤：
步骤A1，使用所述麦克风阵列接收原始声音信号；
步骤A2，将所述第一麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第一频域信号，将所述第二麦克风接收的原始声音信号按照预设时间间隔进行分割并转换成第二频域信号，对所述第一频域信号和所述第二频域信号进行处理得到所述麦克风阵列的若干帧输入信号；
步骤A3，基于所述输入信号计算输入信号功率谱；
步骤A4，采用预先设计的每个所述干扰空间子带的陷波波束对所述输入信号进行滤波处理，获得各个所述干扰空间子带的滤波后信号；
步骤A5，基于所述输入信号功率谱以及所述干扰空间子带的滤波后信号计算各所述干扰空间子带的噪声功率谱；
步骤A6，基于所述输入信号功率谱以及所述干扰空间子带的噪声功率谱计算当前帧所述输入信号的噪声功率谱；
步骤A7，以所述输入信号功率谱以及所述输入信号的噪声功率谱作为输入，采用预设的语音增强算法对所述输入信号进行语音增强处理；
步骤A8，将当前帧的语音增强后的输入信号转换成是时域信号输出；
步骤A9，在蓝牙耳机降噪方法中，循环执行步骤A3-A8，以分别对每帧输入信号进行语音增强处理并转换成时域信号，随后合并所有帧时域信号以作为降噪后的所述目标声音信号输出，以实现对蓝牙耳机的降噪处理。


2.如权利要求1所述的一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，其特征在于，在所述步骤A4中，所述干扰空间子带的陷波波束的设计过程包括：
步骤A41，构建所述麦克风阵列接收信号在频域中的表达式；
步骤A42，通过线性滤波器获取估计信号，采用的表达式如下：
Z(ω)＝hH(ω)Y(ω)＝hH(ω)d(ω)X(ω)+hH(ω)v(ω)；
步骤A43，设定限制条件以保证目标主方向角度无失真，所述限制条件如下所示：
hH(ω)d(ω，θ)＝1；
步骤A44，涉及阻带波束的约束条件以满足所述限制条件，从而得到所述干扰空间子带的所述陷波波束，所述约束条件如下所示：



其中，
Z(ω)为估计信号；
X(ω)为期望信号；
h(ω)为待解的陷波波束；
上标H为共轭转置操作；
Y(ω)为麦克风阵列接收信号在频域中的表达式；
d(ω)为包含角频率ω作为变量参加计算时的空间导向向量；
X(ω)为期望信号；
v(ω)为噪声信号矢量；
d(ω，θ)为包含角频率ω和入射角为θ作为变量参加计算时的空间导向向量；
Γα，β(ω)为声音入射角度为α到β范围内的均匀声场噪声协方差矩阵；
ε为控制陷波波束形成的白噪声增益；
IM为M阶的单位矩阵。


3.如权利要求2所述的一种基于陷波技术的蓝牙耳机降噪方法，其特征在于，在所述步骤A41中，所述麦克风阵列接收信号在频域中的表达式如下所示：
Y(ω)＝[Y1(ω)Y2(ω)]T＝x(ω)+v(ω)＝d(ω)X(ω)+v(ω)；
其中，
Y1(ω)为所述第一麦克风的接收信号在频域中设计的表达式：
Y2(ω)为所述第一麦克风的接收信号在频域中设计的表达式：
X(ω)为期望信号；
v(ω)为噪声信号矢量。


4.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张益萍，黄明飞，梁维斌，
申请(专利权)人：开放智能技术南京有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32