噪声减少的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种方法，当在频域分析输入信号时，它确定输入信号帧内的噪声电平估计量和有用信号电平估计量，从而能计算第一噪声减少滤波器的传递函数，通过组合信号频谱和第一滤波器传递函数来实现第二轮以良好地调节有用信号电平，然后根据经良好调节的有用信号电平估计量和噪声电平估计量计算第二噪声减少滤波器的传递函数。然后，所述第二噪声减少滤波器用于减少帧内的噪声电平。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于减少输入信号中存在的噪声电平的信号处理技术。一个重要的应用领域是音频信号处理(语音或音乐)，以非限制性方式包括·嘈杂环境下的电话会议和视频会议(在专用房间内或者甚至来自多媒体计算机，等等)；·电话在终端进行处理，终端是固定或便携式的并且/或者在传输网络内；·免提终端在特定办公室、车辆或便携式终端内；·公共位置(车站、机场，等等)的拾音器；·车辆内的免提拾音器；·声音环境下的鲁棒音识别；·电影院和媒体(如体育杂志或音乐会等的无线电、电视机)的拾音器。本专利技术也可以应用于其中需要从嘈杂观察中提取有用信息的任何领域。特别是，可以引用下列领域水下成像、水下遥感、生物医学信号处理(EEG、ECG、生物医学成像，等等)。拾音器的特性问题涉及放置拾音器麦克风的声音环境，尤其因为不能完全控制该环境，因此观察信号内也存在干扰信号(称为噪声)。为了改进信号质量，为了通过在噪声观察信号上进行处理而提取有用信息而研发噪声减少系统。当音频信号是从长距离发射的语音信号时，这些系统能用来增加其清晰度并减少对通信者的曲解。除了口头通信的这些应用之外，语音信号质量的改进结果对话音识别有用，当用户处在嘈杂环境中时，话音识别的性能大大受到损害。实现噪声减少操作的信号处理技术的选择首先取决于处理输入端可用的观察数目。在本说明中，将考虑仅有一个观察信号可用的情况。适用于这个单捕获问题的噪声减少方法主要依赖于诸如有时间提前/延时的自适应滤波、参量Kalman滤波、或甚至由短时频谱修改的滤波这样的信号处理技术。后一类(由短时频谱修改的滤波)在实践上结合了工业设备中所有可用的解决方案，解决方案由所涉及概念的简单性以及对其编程所需的基本工具(例如，离散傅立叶变换)的广泛可用性所引起。然而，这些噪声减少技术的快速前进大大依赖于在信号处理的处理器上容易地实时进行这些处理操作、并且不在处理操作输出处对可用信号引入主要失真的可能性。在该类的方法中，处理在于估计噪声减少滤波器的传递函数、然后根据频谱域的乘法进行滤波，这能够用分块处理实现由短时频谱衰减进行的噪声减少。从理想信号s(n)和干扰噪声b(n)的混合产生的噪声观察信号表示为x(n)，其中n表示离散时间的时间索引。离散时间内表示的选择与针对信号数字处理的实现有关，但是注意到上述方法仅应用于连续时间信号。信号在固定长度的索引k的连续段或帧内被分析。当前离散时间和频率域中的表示所用的符号为·X(k，f)被分析信号x(n)的第k(k是帧索引)个帧的傅立叶变换(f是频率索引)；·S(k，f)理想信号s(n)的第k个帧的傅立叶变换；· 质量(在时域或频域上)v的估计；例如 是理想信号傅立叶变换的估计；·γuu(f)信号u(n)的功率谱密度(PSD)。在大多数噪声减少技术中，噪声信号x(n)经历频域滤波以产生有用的估计信号 ，它尽可能接近没有任何干扰的原始信号s(n)。如前所述，该滤波操作在于在给定该分量内的估计信噪比(SNR)下减少噪声信号的各频率分量f。这个取决于频率f的SNR在这里对于帧k表示为η(k，f)。对于每个帧而言，信号首先与加权窗相乘来改进计算噪声减少滤波器所需频谱量的稍后估计。然后，这样加窗的各帧在频域中被分析(一般用快速离散傅立叶变换)。该操作称为短时傅立叶变换(STFT)。所观察信号的该频域表示X(k，f)可用于同时估计噪声减少滤波器的传递函数H(k，f)，并且通过将该传递函数与噪声信号的短时频谱的简单相乘而在频域中应用该滤波器，也就是S^(k,f)=H(k,f).X(k,f)---(1)]]>然后，通过简单频谱逆变换而使这样获得的信号返回时域。去噪声的信号一般用块的重叠或相加技术(OLA，“overlap-add”)或者保留块的技术(OLS，“overlap-save”)来合成。在时域重建信号的这个操作被称为短时傅立叶逆变换(ISTFT)。在下列参考中可以找到短时频谱衰减方法的详细描述J.S.Lim，A.V.Oppenheim所著“Enhancement and bandwidth compression of noisy speech”，IEEE学报，第67卷，第1586-1604页，以及R.E.Crochiere，L.R.Rabiner所著“Multirate digital signal processing”，Prentice Hall出版社，1983。这种噪声减少系统执行的主要任务是·话音活动性检测(VAD)；·在话音不活动期间对噪声的功率谱密度(PSD)的估计；·基于抑制噪声频谱分量的规则估计的短时频谱衰减的应用；·基于OLS或OLA型技术的经处理信号的合成。抑制噪声分量的规则选择是重要的，这是由于它确定了发送信号的质量。这些抑制规则一般仅修改噪声信号频谱分量的幅度|X(k，f)|，而非它们的相位。通常，作出下列假设·噪声和有用信号在统计上不相关；·有用噪声是间歇性的(其中可估计噪声的寂静周期的存在)；·人耳对信号相位不敏感(见D.L.Wang，J.S.Lim所著“The unimportanceof phase in speechi enhancement”，IEEE会报，在ASSP上，第30卷，第4号，679-681页，1982)。在频域分量f处索引为k的帧上对观察信号X(k，f)应用短时频谱衰减H(k，f)一般根据本地信噪比的估计η(k，f)来确定。所有抑制规则所共有的特性是它们的渐近行为，由下式给出H(k，f)≈1 对于η(k，f)＞＞1H(k，f)≈0 对于η(k，f)＜＜1(2)当前使用的抑制规则为·功率谱削减(见上述由J.S.Lim和A.V.Oppenheim所著的论文)，其中噪声减少滤波器的传递函数表示为H(k,f)=γss(k,f)γbb(k,f)+γss(k,f)----(3)]]>·幅度频谱削减(见S.F.Boll所著“Suppression of acoustic noise inspeech using spectral subtraction”，IEEE学报，关于音频、语音和信号处理，第27卷，第2号，113-120页，1979年4月)，其中传递函数H(k，f)表示为H(k,f)=1-γbb(k,f)γbb(k,f)+γss(k,f)---(4)]]>·Wiener滤波器的直接应用，其中传递函数H(k，f)表示为H(k,f)=γss(k,f)γbb(k,f)+γss(k,f)------(5)]]>在这些表达式中，γss(k，f)和γbb(k，f)分别表示有用信号和噪声的功率谱密度，这两者存在于索引为k的帧上观察信号X(k，f)的频域分量f内。对于表达式(3)-(5)而言，按照给定频域分量f上测得的本地信噪比，可以研究应用于噪声信号的频谱衰减行为。注意到，当本地信噪比高时，所有规则都导致同一衰减。功率削减规则在高斯模型最大似然性的意义上最佳(见O.Cappe所著“Elimination of the musical本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减少输入信号（ｘ（ｎ））的连续帧内噪声的方法，其特征在于包括至少某些帧的下列步骤：　　　　－用向频域的变换计算输入信号的频谱（Ｘ（ｋ，ｆ））；　　　　－获得频率相关的噪声电平估计量；　　　　－计算该帧的第一频率相关的有用信号电平估计量；　　　　－根据第一有用信号电平估计量和噪声电平估计量计算第一噪声减少滤波器的传递函数（Ｈ↓［１］（ｋ，ｆ））；　　　　－通过组合输入信号的频谱以及第一噪声减少滤波器的传递函数，计算该帧的第二频率相关的有用信号电平估计量；　　　　－根据第二有用信号电平估计量和噪声电平估计量计算第二噪声减少滤波器的传递函数（Ｈ（ｋ，ｆ））；　　　　－在帧滤波操作内使用第二噪声减少滤波器的传递函数来产生带有减少了的噪声的信号。

【技术特征摘要】
FR 2001-1-30 01/012201.一种用于减少输入信号(x(n))的连续帧内噪声的方法，其特征在于包括至少某些帧的下列步骤-用向频域的变换计算输入信号的频谱(X(k，f))；-获得频率相关的噪声电平估计量；-计算该帧的第一频率相关的有用信号电平估计量；-根据第一有用信号电平估计量和噪声电平估计量计算第一噪声减少滤波器的传递函数 -通过组合输入信号的频谱以及第一噪声减少滤波器的传递函数，计算该帧的第二频率相关的有用信号电平估计量；-根据第二有用信号电平估计量和噪声电平估计量计算第二噪声减少滤波器的传递函数 -在帧滤波操作内使用第二噪声减少滤波器的传递函数来产生带有减少了的噪声的信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，频谱(X(k，f))的计算包括用窗函数(w(n))对输入信号帧加权并且将经加权的帧变换至频域，该窗函数是不对称的，以便在帧的最近一半上施加比帧的较后一半上更强的加权。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据第二噪声减少滤波器的传递函数 向时域的变换而为当前帧确定噪声减少滤波器脉冲响应 且时域内对该帧的滤波操作以为所述帧确定的脉冲响应来实现。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述为当前帧确定噪声减少滤波器脉冲响应 包括下列步骤-将第二噪声减少滤波器的传递函数 变换至时域以获得第一脉冲响应；以及-将第一脉冲响应截断为对应于一定数目采样的截断长度，所述采样数目实质上比向时域变换的点数小。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述为当前帧确定噪声减少滤波器脉冲响应 还包括下列步骤-用对应于所述截断长度的采样数目的时间窗(wfilt(n))对经截断的脉冲响应加权。6.如任一权利要求3至5所述的方法，其特征在于，当前帧被细分成多个子帧，并且对于每个子帧，根据为当前帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应、以及根据为至少一个先前帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应计算内插脉冲响应 且其中帧的滤波操作包括按照为所述子帧计算的内插脉冲响应在时域内对每个子帧的信号进行滤波。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，内插脉冲响应 为当前帧的各子帧计算成为当前帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应 以及为前一帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应 的加权和。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，为当前帧的第i个子帧(1≤i≤N)计算的内插脉冲响应 等于，为前一帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应 的(N-i)/N倍，加上为当前帧确定的噪声减少滤波器脉冲响应 的i/N倍，N是当前帧的子帧数。9.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述输入信号(x(n))是音频信号。10.一种用于减少输入信号(x(n))内噪声的装置，其特征在于包括-用向频域的变换计算输...

【专利技术属性】
技术研发人员：P斯卡拉尔特，C马罗，L莫埃里，
申请(专利权)人：法国电信局，
类型：发明
国别省市：FR[法国]