噪音消除系统、语音识别系统以及汽车导航系统技术方案

一种性能良好的噪音消除系统，用于从来自麦克风的输入信号中消除与再现多声道声音的音频系统的再现声音相关的噪音分量，其具有：一个音频消除器，用于获取两个声道的音频信号，并使用滤波器系数对其进行卷积处理，从而在自适应滤波器中产生噪音消除信号；一个加法器，用于将麦克风的输入信号和噪音消除信号相加，从输入信号中消除所述噪音分量，并在噪音消除后输出该信号；一个非线性变换器，用于在噪音消除后进行非线性变换；一个滤波器获知单元，用于根据非线性变换后的信号，计算下一次设置的滤波器系数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于从麦克风输入的语音信号中消除由音频系统再现的声音的噪音分量的噪音消除系统、一种包含该噪音消除系统的语音识别系统以及一种具有该种语音识别系统的汽车导航系统。
技术介绍
在过去，已经知道一种语音识别系统，该语音识别系统利用麦克风来捕获用户语音，将其与作为识别话语(words)预先存储的语音模式进行比较，然后将高匹配识别话语识别为用户所说的话语。例如，可以在汽车导航系统中内置这种语音识别系统。众所周知，语音识别系统的语音识别率取决于从麦克风输入的语音信号中包含的噪音分量的数量。当在汽车等的车厢中使用车载音频系统时，由于被作为噪音连同用户语音一起被麦克风采集而中断该音频系统的扬声器再现音乐。因此，在过去，采用的办法是在语音识别时，将音频系统静音，从而防止音乐等被输入到麦克风(例如，参见“Public News Release，‘Five Car AV & Navigation’99 SummerModels Released”，[online]，May 18，1999，Fujitsu-Ten，[October 16，2003检索]，互联网地址＜URL链接http//www.fujitsu-ten.co.jp/release/1999/0518.html)。但是，在具有该种配置的传统系统中，由于在语音识别时需要暂时中断而结束音乐等的再现，因此用户感到不满意的概率就变高。所以，近些年来，已经考虑在语音识别系统中提供一种噪音消除系统，用于获取输入到扬声器的音频信号，据此评估从麦克风获取的语音信号中包含的噪音分量，然后从所述语音信号中消除所述噪音分量。作为噪音消除系统，一种将最小均方(LMS)算法作为评估噪音分量的方法使用的噪音消除系统已经被人熟知。这类噪音消除系统获取输入到音频系统的扬声器的音频信号，利用自适应滤波器对该音频信号进行滤波，从而产生一个噪音消除信号，该噪音消除信号用于从所述语音信号中消除所述噪音分量，并且，根据该噪音消除信号，消除包含在从麦克风获取的所述语音信号中的噪音分量。此外，这种噪音消除系统具有一个滤波器获知(learning)单元，用于根据无噪音语音信号，采用归一化最小均方法(NLMS，也被称为获知识别方法)来改变自适应滤波器的特征值(滤波器系数)。由于反复操作滤波器获知单元，所以利用所述噪音消除信号，可以相应地消除所述语音信号中包含的噪音分量。对于车载音频系统来说，具有立体声回放功能的音频系统(后面也称之为“立体声音频系统”)已经变得非常普及。所以，在车载噪音消除系统中，优选将由于麦克风采集的音乐等而产生的噪音分量相应地消除。但是，如果只将噪音消除系统的设计改变为一个用于立体声音频系统的设计，就会出现一个问题即无法将多个声道的全部噪音分量从语音信号中相应消除。作为立体声音频系统的噪音消除系统的一个配置的实例，可以考虑为每个通道提供一个自适应滤波器和一个滤波器获知单元(例如，参见日本未审查专利公开案(Kokai)号2001-100784，如图25)。在该配置中，根据具有其他声道的残留噪音分量的无噪音语音信号，与这些声道对应的滤波器获知单元更新所述滤波器系数，所以，获知过程彼此相互干扰，并且所述声道的滤波器获知单元从语音信号中错误地获知滤波器系数。因此，这种配置的噪音消除系统无法从语音信号中消除多个声道的全部噪音分量。针对该问题，日本未审查专利公开案(Kokai)号2001-100785中的语音识别系统被设计为获取输入到音频系统的扬声器的多声道音频信号，将其变换为单声道信号，根据该单声道信号评估噪音分量，然后从该语音信号中消除该噪音分量。此外，日本未审查专利公开案(Kokai)号10-190848描述了一种噪音回音消除器方法，该噪音回音消除器方法对输入到音频系统的扬声器的不同声道的音频信号进行非线性变换，从而降低用于再现麦克风采集的音频系统声音的声道之间的一致性，由此防止在与所述声道对应的滤波器获知单元中错误地获知滤波器系数。总结本专利技术欲解决的问题，日本未审查专利公开案(Kokai)号2001-100785中描述的语音识别系统，根据从所述音频系统获取的音频信号的单声道信号，评估与立体声再现音乐等相关的噪音分量，因此会出现下述问题，即评估误差大，并且无法足够精确地从麦克风的输入信号中消除所述噪音分量。此外，日本未审查专利公开案(Kokai)号10-190848中描述的音频回音消除器方法，对不同声道的音频信号进行非线性变换，并使用变换后的音频信号来产生来自扬声器的噪音，所以会出现声音质量恶化的问题。因此，如果将该音频回音消除器方法应用于设计为主要用于回放音乐等的音频系统的噪音消除系统，则音乐等的质量就会恶化，在多数情况下，这会引起用户的不满意。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种噪音消除系统，用于从再现多声道声音的音频系统获取不同声道的音频信号，且根据所述不同声道的音频信号，从麦克风输入的语音信号中消除与该音频系统的再现声音相关的噪音分量，从而提高消除噪音的性能。本专利技术的另一目的是提供一种易用的语音识别系统以及使用此种具有优良噪音消除能力的噪音消除系统的汽车导航系统。根据本专利技术的第一个方面，提供了一种噪音消除系统，用于从再现多声道声音的音频系统获取不同声道的音频信号，且从麦克风输入的语音信号中消除与该音频系统的再现声音相关的噪音分量，该噪音消除系统具有一个无噪音语音信号输出单元、一个变换单元以及每个声道的噪音消除信号生成单元。每个噪音消除信号生成单元都具有一个滤波器元件，用于对从该音频系统获取的其自身声道的音频信号进行滤波。该噪音消除信号生成单元根据预先设置的滤波器系数对所获取的音频信号进行滤波，并从所述语音信号中消除所述噪音分量。无噪音语音信号输出单元使用由不同声道的噪音消除信号生成单元产生的每个噪音消除信号，消除包含在从麦克风输入的语音信号中的噪音分量，并输出无噪音语音信号。变换单元被设计来非线性变换由无噪音语音信号输出单元输出的语音信号。每个噪音消除信号生成单元具有一个系数更新元件，用于根据从音频系统获取的其自身声道的音频信号和由变换单元非线性变换后的语音信号，更新在滤波器元件中设置的滤波器系数。由于如此配置的本专利技术第一个方面的噪音消除系统非线性变换从无噪音语音信号输出单元输出的无噪音语音信号，并使用该非线性变换后的语音信号，利用与各声道对应的滤波器更新元件，来更新为各声道提供的所述滤波器元件的滤波器系数，所以，所述滤波器更新元件之间不会轻易发生干扰，而在系数更新元件上也不会容易地发生所述滤波器系数的错误获知。也就是说，各声道的系数更新元件中的滤波器系数获知操作非常容易受到这些声道的噪音分量的影响，而不是其自身。但是，根据本专利技术的噪音消除系统，由于非线性变换后的语音信号被用于获知所述滤波器系数，所以，这种影响就抑制得比较小。因此，就可以在各系数更新元件中抑制由于其他声道的噪音分量或其他声道的系数更新元件的行为而引起的滤波器系数的错误获知。因此，根据第一个方面，可以更适合地从语音信号中消除音乐等的噪音分量，其中在该语音信号上叠加有由音频系统在多声道中再现(立体声再现)的音乐等的噪音分量，并且因此提高该噪音消除系统的噪音消除能力。此外，变换单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种噪音消除系统，用于从麦克风输入的语音信号中消除与音频系统的再现声音相关的噪音分量，该系统具有：每个声道的噪音消除信号生成单元，用于根据从再现多声道声音的音频系统获取的每个声道的所述音频信号，产生一个用于消除所述噪音分量的噪音消除信号；一个输出单元，用于使用每个噪音消除信号，来消除从所述麦克风输入的语音信号中包含的噪音分量，并输出一个无噪音语音信号；以及一个变换单元，用于非线性变换所述无噪音语音信号；每个噪音消除信号生成单元具有：一个滤波器元件，用于根据预先设置的滤波器系数，对从所述音频系统获取的所述音频信号进行滤波，从而产生一个噪音消除信号；以及一个系数更新元件，用于根据所述变换单元非线性变换后的所述无噪音语音信号和所述音频信号，更新所述滤波器元件中设置的所述滤波器系数。

【技术特征摘要】
JP 2004-1-7 002387/20041.一种噪音消除系统，用于从麦克风输入的语音信号中消除与音频系统的再现声音相关的噪音分量，该系统具有每个声道的噪音消除信号生成单元，用于根据从再现多声道声音的音频系统获取的每个声道的所述音频信号，产生一个用于消除所述噪音分量的噪音消除信号；一个输出单元，用于使用每个噪音消除信号，来消除从所述麦克风输入的语音信号中包含的噪音分量，并输出一个无噪音语音信号；以及一个变换单元，用于非线性变换所述无噪音语音信号；每个噪音消除信号生成单元具有一个滤波器元件，用于根据预先设置的滤波器系数，对从所述音频系统获取的所述音频信号进行滤波，从而产生一个噪音消除信号；以及一个系数更新元件，用于根据所述变换单元非线性变换后的所述无噪音语音信号和所述音频信号，更新所述滤波器元件中设置的所述滤波器系数。2.如权利要求1所述的噪音消除系统，其中所述滤波器元件根据下列公式，对预先设置的滤波器系数W[k]和音频信号X(t)进行卷积处理C(t)=Σk=1KW[k]·X(t-k)]]>从而对所述音频信号X(t)进行滤波，并产生所述噪音消除信号C(t)；所述变换单元将所述无噪音语音信号输出单元输出的无噪音语音信号U(t)代入非线性函数f(x)，从而产生经过所述非线性变换后的无噪音语音信号f(U(t))；以及所述系数更新元件根据下面包含预定常数α和β的公式，基于所述变换后的无噪音语音信号f(U(t))、所述音频信号X(t)和所述滤波器系数W[k]，计算滤波器系数F[k]F[k]=W[k]-α·f(U(t))·X(t-k)norm+β]]>norm=1K·Σk=1K|X(t-k)|]]>其中，所述常数K是抽头数，其为等于或者大于2的整数，而所述变量t是表示时间且为整数的变量，且设置所述滤波器单元中的滤波器系数F[k]，从而更新所述滤波器系数W[k]。3.如权利要求1所述的噪音消除系统，其中，所述变换单元使用非线性函数tanh函数进行所述非线性变换。4.如权利要求1所述的噪音消除系统，其中，所述变换单元使用非线性函数sign函数进行所述非线性变换。5.如权利要求1所述的噪音消除系统，其中，所述变换单元使用非线性函数g(x)进行所述非线性变换 其中，所述变量m为大于1的正实数。6.一种语音识别系统，用于根据通过从麦克风输入的语音信号中消除与音频系统的再现声音相关的噪音分量而获得的无噪音语音信号，进行语音识别，该系统具有每个声道的噪音消除信号生成单元，用于根据从再现多声道声音的音频系统获取的每个声道的音频信号，产生一个用于消除所述噪音分量的噪音消除信号；一个输出单元，用于使用每个噪音消除信号，来消除从所述麦克风输入的语音信号中包含的噪音分量，并输出一个无噪音语音信号；一个变换单元，用于对所述无噪音语音信号进行非线性变换；以及一个语音识别单元，用于根...

【专利技术属性】
技术研发人员：大塚学，赤堀一郎，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：JP[日本]