一种远场语音降噪方法、云服务器及音频采集设备技术

本发明专利技术公开了一种远场语音降噪方法、云服务器及音频采集设备。在调试阶段获取音频采集设备的麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号，基于麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于音频采集设备的方位角，将环境音源在空间中相对于音频采集设备的方位角发送给音频采集设备，音频采集设备用于在使用阶段根据环境音源在空间中相对于音频采集设备的方位角，屏蔽来自环境音源的音频信号，提高了信噪比，提高了语音识别准确率。此外，在使用阶段，音频采集设备直接根据存储在其自身的方位角屏蔽来自环境音源的音频信号，无需将音频信号上传至云服务器，并由云服务器处理，提高了远场语音唤醒效率，且可以离线运行。以离线运行。以离线运行。

【技术实现步骤摘要】
一种远场语音降噪方法、云服务器及音频采集设备


[0001]本专利技术属于语音降噪
，尤其涉及一种远场语音降噪方法、云服务器及音频采集设备。

技术介绍

[0002]远场语音识别，即远距离语音识别，在以智能家居为代表的多种领域的需求越来越明显。远场语音检测设备（例如智能音箱）在当今的家庭中变得越来越普遍。
[0003]远场语音检测设备被安装在家中，耦合到现有的家庭Wi
‑
Fi网络，并且被放置在可能最频繁使用它们的方便位置，例如在家庭客厅或厨房中。远场语音检测设备通常收听要说出的唤醒词，例如“hey siri”，就会应答，并且捕获跟随在唤醒词之后的问题或命令。通过互联网发送到语音识别服务，语音识别服务解释问题或命令并提供响应。响应通过互联网发送回及用于引起一些可命令的动作例如开灯，播放音乐等。
[0004]但是，实际应用场景中，远场语音检测设备常常会受到一些环境音源发出的环境音的干扰，例如，电视声或音乐声等环境音，导致远场语音检测设备不能检测到唤醒词及后面的语音命令。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种远场语音降噪方法、云服务器及音频采集设备，以提高语音识别准确率，实现离线运行。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种远场语音降噪方法，应用于云服务器，所述方法包括：在调试阶段获取音频采集设备的麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号；基于所述麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；将所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角发送给所述音频采集设备，所述音频采集设备用于在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号。
[0007]可选的，基于所述麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，包括：基于各麦克风输出的输出信号计算输出信号矩阵；计算所述输出信号矩阵的自相关矩阵；对所述自相关矩阵进行特征值分解，得到多个特征值；将小于阈值的特征值组合形成特征值集合；对所述特征值集合进行空间扩展，分别得到特征空间；计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角。
[0008]可选的，基于各麦克风输出的输出信号计算输出信号矩阵，包括：获取所述环境音源的输入信号矩阵和各麦克风对所述环境音源的输入信号的响应矩阵；计算所述输入信号矩阵和所述响应矩阵的乘积，得到输出信号矩阵。
[0009]可选的，采用如下公式计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角：其中，为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，为所述响应矩阵的第k个列向量，为第k个麦克风接收到的信号的波达方向，为的埃尔米特矩阵，V为特征空间，为V的埃尔米特矩阵。
[0010]可选的，所述环境音源的数量小于所述麦克风阵列中麦克风的数量。
[0011]第二方面，本专利技术还提供了一种远场语音降噪方法，应用于音频采集设备，所述方法包括：在调试阶段通过麦克风阵列中各麦克风获取环境音源发出的声音信号，并将各麦克风接收的所述声音信号转换为输出信号发送给云服务器；接收云服务器基于所述输出信号确定的所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号。
[0012]可选的，在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号，包括：根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，设置波束成形算法中的指向角度，所述指向角度不包括所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；控制所述麦克风阵列通过所述波束成形算法按照所述指向角度指向性收取声音信号。
[0013]可选的，控制所述麦克风阵列通过所述波束成形算法按照所述指向角度指向性收取声音信号，还包括：通过回声消除算法，消除所述声音信号的回声信号。
[0014]第三方面，本专利技术还提供了一种远场语音降噪装置，应用于云服务器，包括：输出信号获取模块，用于在调试阶段获取音频采集设备的麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号；方位角确定模块，用于基于所述麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；方位角发送模块，用于将所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位
角发送给所述音频采集设备，所述音频采集设备用于在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号。
[0015]可选的，方位角确定模块包括：输出信号矩阵计算子模块，用于基于各麦克风输出的输出信号计算输出信号矩阵；自相关矩阵计算子模块，用于计算所述输出信号矩阵的自相关矩阵；特征分解子模块，用于对所述自相关矩阵进行特征值分解，得到多个特征值；特征值集合确定子模块，用于将小于阈值的特征值组合形成特征值集合；空间扩展子模块，用于对所述特征值集合进行空间扩展，分别得到特征空间；方位角计算子模块，用于计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角。
[0016]可选的，输出信号矩阵计算子模块包括：矩阵获取单元，用于获取所述环境音源的输入信号矩阵和各麦克风对所述环境音源的输入信号的响应矩阵；乘积单元，用于计算所述输入信号矩阵和所述响应矩阵的乘积，得到输出信号矩阵。
[0017]可选的，方位角计算子模块采用如下公式计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角：其中，为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，为所述响应矩阵的第k个列向量，为第k个麦克风接收到的信号的波达方向，为的埃尔米特矩阵，V为特征空间，为V的埃尔米特矩阵。
[0018]第四方面，本专利技术还提供了一种远场语音降噪装置，应用于音频采集设备，包括：声音信号转换模块，在调试阶段通过麦克风阵列中各麦克风获取环境音源发出的声音信号，并将各麦克风接收的所述声音信号转换为输出信号发送给云服务器；方位角接收模块，用于接收云服务器基于所述输出信号确定的所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；屏蔽模块，用于在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号。
[0019]可选的，屏蔽模块包括：指向角度设置子模块，用于根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，设置波束成形算法中的指向角度，所述指向角度不包括所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；声音信号收取子模块，用于控制所述麦克风阵列通过所述波束成形算法按照所述
指向角度指向性收取声音信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远场语音降噪方法，其特征在于，应用于云服务器，所述方法包括：在调试阶段获取音频采集设备的麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号；基于所述麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角；将所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角发送给所述音频采集设备，所述音频采集设备用于在使用阶段根据所述环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，屏蔽来自所述环境音源的音频信号。2.根据权利要求1所述的远场语音降噪方法，其特征在于，基于所述麦克风阵列中各麦克风输出的输出信号的差异，确定环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，包括：基于各麦克风输出的输出信号计算输出信号矩阵；计算所述输出信号矩阵的自相关矩阵；对所述自相关矩阵进行特征值分解，得到多个特征值；将小于阈值的特征值组合形成特征值集合；对所述特征值集合进行空间扩展，分别得到特征空间；计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角。3.根据权利要求2所述的远场语音降噪方法，其特征在于，基于各麦克风输出的输出信号计算输出信号矩阵，包括：获取所述环境音源的输入信号矩阵和各麦克风对所述环境音源的输入信号的响应矩阵；计算所述输入信号矩阵和所述响应矩阵的乘积，得到输出信号矩阵。4.根据权利要求3所述的远场语音降噪方法，其特征在于，采用如下公式计算所述麦克风对所述环境音源的输入信号的响应在所述特征空间内最小投影方向作为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角：其中，为环境音源在空间中相对于所述音频采集设备的方位角，为所述响应矩阵的第k个列向量，为第k个麦克风接收到的信号的波达方向，为的埃尔米特矩阵，V为特征空间，为V的埃尔米特矩阵。5.根据权利要求1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：单晓明，朱德海，张元一，李卓城，
申请(专利权)人：广州易而达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：