本发明专利技术公开了一种基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波方法，包括：通过进行参数估计，得到噪声协方差矩阵和相对声学传递函数；根据预设的期望输出信噪比下界，利用单外部无线声学传感器处理噪声协方差矩阵和多声源相对声学传递函数，得到单外部无线声学传感器的最低传输比特率；根据最低传输比特率，通过双耳助听器构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器，并根据双耳多通道维纳滤波器和噪声协方差矩阵，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数；根据滤波器系数，利用短时逆傅里叶变换进行频域波束成形，得到双耳输出语音信号，并利用双耳多通道维纳滤波器输出双耳空间特征线索。空间特征线索。空间特征线索。
【技术实现步骤摘要】
基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波方法
[0001]本专利技术涉及语音信号处理领域，特别涉及一种基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波及装置。
技术介绍
[0002]复杂声学场景中，目标声源通常淹没在各样干扰声源和背景噪声中，听力正常人可以很自然同时定位多声源位置和理解目标说话人，但对于听力受损者就显得非常困难。佩戴助听器(Hearing Aids)等辅听设备可以一定程度上改善听力受损用户的听力水平。这要求辅听设备同时具有语音增强和多声源定位的能力，其中声源定位依赖于空间特征线索(Spatial Cues)，因此保存双耳空间线索对于声源定位显得尤为关键，现实中某个声源可能为危险提示信号。双耳空间线索包括通道时间差(ITD：Interaural Time Delay)、电平差(ILD：Interaural Level Difference)和相位差(IPD：Interaural Phase Difference)，分别为通道相对传递函数(ITF:Interaural Transfer Function)的群延时、幅度响应和相位响应。虽然语音增强的目的在于抑制干扰声源的能量，如果它们的空间线索得以保留于输出语音中，助听器用户依然可以基于空间线索判断出干扰声源的位置信息。
[0003]传统的助听器存在严重失真、降噪性能差、空间线索保存精度低和电池资源损耗大等问题。
技术实现思路
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波方法及装置，以期能够解决至少上述问题之一。
[0005]根据本专利技术的第一个方面，提供了一种基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波方法，包括：
[0006]利用样本滑动平均法对噪声帧进行参数估计，得到噪声协方差矩阵，并利用协方差矩阵差分法或协方差矩阵白化法对噪声协方差矩阵进行估计，得到相对声学传递函数，其中，噪声帧通过端点检测器处理多麦克风带噪语音得到；
[0007]根据预设的期望输出信噪比下界，利用单外部无线声学传感器处理噪声协方差矩阵和相对声学传递函数，得到单外部无线声学传感器的最低传输比特率；
[0008]根据最低传输比特率，通过双耳助听器构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器，并根据双耳多通道维纳滤波器和噪声协方差矩阵，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数；
[0009]根据滤波器系数，利用短时逆傅里叶变换对双耳麦克风语音信号进行频域波束成形，得到双耳输出语音信号，并利用双耳多通道维纳滤波器输出双耳空间特征线索。
[0010]根据本专利技术的实施例，上述相对声学传递函数是语音协方差矩阵的归一化主特征向量或混合协方差矩阵和噪声协方差矩阵的归一化广义主特征向量；
[0011]其中，语音协方差矩阵是混合协方差矩阵和噪声协方差矩阵的差；
[0012]其中，混合协方差矩阵通过如下方式得到：
[0013]端点检测器处理多麦克风噪声语音，得到噪声帧和噪声
‑
语音帧；
[0014]利用样本滑动平均法对噪声
‑
语音帧进行参数估计，得到混合协方差矩阵；
[0015]其中，利用协方差矩阵差分法或协方差矩阵白化法对语音协方差矩阵进行估计，得到声学传递函数。
[0016]根据本专利技术的实施例，上述根据预设的期望输出信噪比下界，利用单外部无线声学传感器处理噪声协方差矩阵和相对声学传递函数，得到单外部无线声学传感器的最低传输比特率包括：
[0017]利用双耳助听器的功率谱密度、单外部无线声学传感器的功率谱密度、相对声学传递函数和声学传递函数，确定噪声特征线索，并对噪声特征线索进行量化，得到量化后的噪声特征线索；
[0018]根据预设的期望输出信噪比下界，通过约束输出信噪比确定单外部无线声学传感器的速率优化模型；
[0019]将量化后的噪声特征线索输入到速率优化模型，得到单外部无线声学传感器的最低传输比特率。
[0020]根据本专利技术的实施例，上述根据最低传输比特率，通过双耳助听器构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器，并根据双耳多通道维纳滤波器和噪声协方差矩阵，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数包括：
[0021]利用最低传输比特率对单外部无线声学传感器发射的音频信号进行量化并将量化后的音频信号进行无线传输；
[0022]利用双耳助听器接收量化后的音频信号，并通过最小化语音失真法和加权输出噪声功率求和法，构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器模型；
[0023]通过求解双耳多通道维纳滤波器模型的目标函数对于双耳多通道维纳滤波器模型的滤波器系数的导数，得到双耳多通道维纳滤波器模型的闭式解；
[0024]将噪声协方差矩阵输入到闭式解中，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数。
[0025]根据本专利技术的实施例，上述带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器包括基于全速率单外部声学传感器的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器和基于有限速率单外部声学传感器的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器。
[0026]根据本专利技术的实施例，上述基于全速率单外部声学传感器的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器由公式(1)确定：
[0027][0028]基于有限速率单外部声学传感器的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器由公式(2)确定：
[0029][0030]其中，Tr表示矩阵迹运算，表示包含单外部无线声学传感器的麦克风语音信
号的M+1维语音协方差矩阵、表示包含单外部无线声学传感器的麦克风语音信号的M+1维噪声协方差矩阵，e
i
表示M+1维度列向量，表示包含单外部无线声学传感器的麦克风语音信号的M+1维的量化后的语音协方差矩阵，表示包含单外部无线声学传感器的麦克风语音信号的M+1维的量化后的噪声协方差矩阵，L表示左耳麦克风，R表示右耳麦克风，其中，M是正整数。
[0031]根据本专利技术的实施例，上述根据滤波器系数，利用短时逆傅里叶变换对双耳麦克风语音进行频域波束成形，得到双耳输出语音信号，并利用双耳多通道维纳滤波器输出双耳空间特征线索包括：
[0032]将双耳助听器接收到的带噪语音进行短时傅里叶变换，得到带噪语音的列向量特征；
[0033]将带噪语音的列向量特征与滤波器系数进行内积运算，得到双耳语音输出信号，其中，双耳语音输出信号包括左耳语音输出信号和右耳语音输出信号；
[0034]利用双耳多通道维纳滤波器计算双耳语音输出信号的双耳空间特征线索，其中，双耳空间特征线索包括输出噪声通道间传递函数、输出噪声通道时间差和输出噪声通道相位差；
[0035]根据双耳空间特征线索，确定双耳噪声源定位算法。
[0036]根据本专利技术的实施例，上述基于单外部本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于单外部无线声学传感器速率优化的双耳维纳滤波方法，包括：利用样本滑动平均法对噪声帧进行参数估计，得到噪声协方差矩阵，并利用协方差矩阵差分法或协方差矩阵白化法对所述噪声协方差矩阵进行估计，得到相对声学传递函数，其中，所述噪声帧通过端点检测器处理多麦克风带噪语音得到；根据预设的期望输出信噪比下界，利用所述单外部无线声学传感器处理所述噪声协方差矩阵和所述相对声学传递函数，得到所述单外部无线声学传感器的最低传输比特率；根据所述最低传输比特率，通过双耳助听器构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器，并根据所述双耳多通道维纳滤波器和所述噪声协方差矩阵，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数；根据所述滤波器系数，利用短时逆傅里叶变换对双耳麦克风语音信号进行频域波束成形，得到双耳输出语音信号，并利用所述双耳多通道维纳滤波器输出双耳空间特征线索。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述相对声学传递函数是语音协方差矩阵的归一化主特征向量或混合协方差矩阵和所述噪声协方差矩阵的归一化广义主特征向量；其中，所述语音协方差矩阵是所述混合协方差矩阵和所述噪声协方差矩阵的差；其中，所述混合协方差矩阵通过如下方式得到：所述端点检测器处理所述多麦克风噪声语音，得到噪声帧和噪声
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语音帧；利用样本滑动平均法对噪声
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语音帧进行参数估计，得到混合协方差矩阵；其中，利用所述协方差矩阵差分法或协方差矩阵白化法对语音协方差矩阵进行估计，得到声学传递函数。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据预设的期望输出信噪比下界，利用所述单外部无线声学传感器处理所述噪声协方差矩阵和所述相对声学传递函数，得到所述单外部无线声学传感器的最低传输比特率包括：利用所述双耳助听器的功率谱密度、所述单外部无线声学传感器的功率谱密度、所述相对声学传递函数和所述声学传递函数，确定噪声特征线索，并对所述噪声特征线索进行量化，得到量化后的噪声特征线索；根据预设的期望输出信噪比下界，通过约束输出信噪比确定所述单外部无线声学传感器的速率优化模型；将所述量化后的噪声特征线索输入到所述速率优化模型，得到所述单外部无线声学传感器的最低传输比特率。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述最低传输比特率，通过双耳助听器构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器，并根据所述双耳多通道维纳滤波器和所述噪声协方差矩阵，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数包括：利用所述最低传输比特率对所述单外部无线声学传感器发射的音频信号进行量化并将量化后的音频信号进行无线传输；利用双耳助听器接收所述量化后的音频信号，并通过最小化语音失真法和加权输出噪声功率求和法，构建无约束的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器模型；通过求解所述双耳多通道维纳滤波器模型的目标函数对于所述双耳多通道维纳滤波器模型的滤波器系数的导数，得到所述双耳多通道维纳滤波器模型的闭式解；
将所述噪声协方差矩阵输入到闭式解中，得到带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器的滤波器系数。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器包括基于全速率单外部声学传感器的带有加权部分噪声估计项的双耳多通道维纳滤波器和基于...
【专利技术属性】
技术研发人员：张结，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：
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