双麦克风信号处理方法技术

本发明专利技术提供了一种双麦克风信号处理方法，包括三个步骤：第一：使用双麦克风得到实现形成指向性波束的指向性模块的步骤；第二：对第一个步骤输出的信号使用实时回声抵消方法的步骤；第三：对经第二个步骤处理后的信号使用实时语音增加方法的步骤。本发明专利技术集合了实时的指向性波束形成，回声抵消以及语音增强的功能，对于语音通讯中的回声级背景噪声干扰均有良好的抑制作用，最终输出的是直接降噪后的信号。本发明专利技术使用的降噪算法，与现有的算法相比，大大提高了对噪声的衰减，保证了语音可懂度，特别的，对于汽车噪声，街道噪声一类平稳的加性噪声效果尤为突出。

【技术实现步骤摘要】
专利说明
本专利技术涉及一种用于完成声学回声抵消以及背景噪声消除的双麦克风的语音信号处理方法。
技术介绍
语音通信中，经由本地扬声器发出的远端信号，由于机壳等内部固体传声以及房间混响，被本地麦克风接收，产生声学回声，对通信的质量产生很大的影响；同时，由于大量环境噪声的存在，麦克风采集到的语音信号普遍信噪比不够高，所以需要通过麦克风指向性以及语音增强算法来抑制远场以及背景噪声，提升输入语音的信噪比。 因此，有必要研究一种新的语音增强的方法，以达到良好的降噪效果。
技术实现思路
本专利技术需解决的技术问题是提供一种实现抑制语音通讯中远端信号的声学回声，以及本地的远场噪声和背景噪声的。 根据上述的技术问题，设计了一种，所述方法包括三个步骤 第一使用双麦克风得到实现形成指向性波束的指向性模块的步骤； 第二对第一个步骤输出的信号使用实时回声抵消方法的步骤； 第三对经第二个步骤处理后的信号使用实时语音增加方法的步骤，其中 第一个步骤的指向性模块的实现，包括如下的步骤 (11)提供两个全指向性麦克风，将其中之一做延迟并与另一个相减以构成一个阶压差式麦克风阵列、或提供一个全指向性麦克风和一个单指向性麦克风构成一麦克风阵列，分别接收信号并分帧处理； (12)利用比较器比较信号短时能量，判断当前帧信号是语音还是噪音； (13)利用自适应滤波器及依照判断结果改变自适用滤波器的系数对信号进行降噪， 第二个步骤的实时回声抵消方法，包括如下的步骤 (21)将第一个步输出的信号及远端信号分别作为期望信号和参考信号，分帧，并转变到频域； (22)参考信号通过自适应滤波器产生输出信号，并与期望信号相减得到误差信号； (23)由误差信号控制自适应滤波器的系数更新； (24)分别计算期望信号、参考信号以及误差信号的能量，并得到自功率和互功率谱； (25)由期望信号与误差信号能量的大小，对误差信号进行处理，得到输出信号， 第三个步骤的语音增强方法，包括如下的步骤 (31)、将第二步输出的信号用处理器进行分帧、预加重处理、再经过短时傅里叶变换到频域； (32)、将变换到频域后的信号划分为若干频带，再计算各个频带能量并进行平滑，得到经平滑后的每个频带内的信号能量，所述信号能量包括语音能量和噪音能量，并得到所述噪音能量的初始估计值； (33)、通过信号能量及噪音能量的初始估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值； (34)、由得到的先验信噪比估计值对当前帧进行判决，判断是否是噪声，否则执行步骤(35)、是则执行(36)； (35)、对各频带的噪音能量的估计值进行更新，再通过信号能量及噪音能量的当前更新的估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值，继续执行步骤(34)以再进行判决； (36)、根据得到的先验信噪比估计值，计算各个频带的衰减增益因子； (37)、用得到的衰减增益因子，对划分到各频带的信号频谱进行处理； (38)、将处理后的频域信号变换到时域，进行去加重处理，变成最终输出信号。 更优的是，所述步骤(37)中的处理为将当前帧的带噪语音信号乘以相应频带的衰减增益因子。 更优的是，操作所述步骤(38)包括有 (381)、通过逆快速傅里叶变换将频域信号变换为时域，得到增强后的时域语音信号； (382)、通过低通滤波器进行加重处理。 本专利技术集合了实时的指向性波束形成，回声抵消以及语音增强的功能，对于语音通讯中的回声级背景噪声干扰均有良好的抑制作用，最终输出的是直接降噪后的信号。本专利技术使用的降噪算法，与现有的算法相比，大大提高了对噪声的衰减，保证了语音可懂度，特别的，对于汽车噪声，街道噪声一类平稳的加性噪声效果尤为突出。附图说明 图1为本专利技术的模块示意图； 图2为本专利技术第一个步骤指向性波束形成算法的流程示意图； 图3为本专利技术第二个步骤实时回声抵消方法的流程示意图； 图4为本专利技术第三个步骤语音增强算法的流程示意图 具体实施方式 下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步说明。 如图1所示，本专利技术的主要思想是通过双传声器阵列及相关算法，实现指向性波束形成接收信号，从而抑制远场噪声；并通过自适应回声抵消及频域的语音增强算法，从而减少语音通信中的回声和背景噪声的干扰。本专利技术传声器采用的是将声音转换为电信号的麦克风。 本专利技术集成在处理器内，其包括以下步骤所述方法包括三个步骤 第一使用双麦克风得到实现形成指向性波束的指向性模块的步骤； 第二对第一个步骤输出的信号使用实时回声抵消方法的步骤； 第三对经第二个步骤处理后的信号使用实时语音增加方法的步骤，其中 如图2所示第一个步骤的指向性模块的实现，包括如下的步骤 (11)提供两个全指向性麦克风，将其中之一做延迟并与另一个相减以构成一个阶压差式麦克风阵列、或提供一个全指向性麦克风和一个单指向性麦克风构成一麦克风阵列，分别接收信号并分帧处理； (12)利用比较器比较信号短时能量，判断当前帧信号是语音还是噪音； (13)利用自适应滤波器及依照判断结果改变自适用滤波器的系数对信号进行降噪， 如图3所示，第二个步骤的实时回声抵消方法，包括如下的步骤 (21)将第一个步输出的信号及远端信号分别作为期望信号和参考信号，分帧，并转变到频域； (22)参考信号通过自适应滤波器产生输出信号，并与期望信号相减得到误差信号； (23)由误差信号控制自适应滤波器的系数更新； (24)分别计算期望信号、参考信号以及误差信号的能量，并得到自功率和互功率谱； (25)由期望信号与误差信号能量的大小，对误差信号进行处理，得到输出信号， 如图4所示，第三个步骤的语音增强方法，包括如下的步骤 (31)、将第二步输出的信号用处理器进行分帧、预加重处理、再经过短时傅里叶变换到频域； (32)、将变换到频域后的信号划分为若干频带，再计算各个频带能量并进行平滑，得到经平滑后的每个频带内的信号能量，所述信号能量包括语音能量和噪音能量，并得到所述噪音能量的初始估计值； (33)、通过信号能量及噪音能量的初始估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值； (34)、由得到的先验信噪比估计值对当前帧进行判决，判断是否是噪声，否则执行步骤(35)、是则执行(36)； (35)、对各频带的噪音能量的估计值进行更新，再通过信号能量及噪音能量的当前更新的估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值，继续执行步骤(34)以再进行判决； (36)、根据得到的先验信噪比估计值，计算各个频带的衰减增益因子； (37)、用得到的衰减增益因子，对划分到各频带的信号频谱进行处理； (38)、将处理后的频域信号变换到时域，进行去加重处理，变成最终输出信号。 其中，步骤(37)中的处理为将当前帧的带噪语音信号乘以相应频带的衰减增益因子。 操作步骤(38)包括有 (38本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双麦克风信号处理方法，其特征在于，所述方法包括三个步骤：第一：使用双麦克风得到实现形成指向性波束的指向性模块的步骤；第二：对第一个步骤输出的信号使用实时回声抵消方法的步骤；第三：对经第二个步骤处理后的信号使用实时语音增加方法的步骤，其中：第一个步骤的指向性模块的实现，包括如下的步骤：（１１）提供两个全指向性麦克风，将其中之一做延迟并与另一个相减以构成一个阶压差式麦克风阵列、或提供一个全指向性麦克风和一个单指向性麦克风构成一麦克风阵列，分别接收信号并分帧处理；（１２）利用比较器比较信号短时能量，判断当前帧信号是语音还是噪音；（１３）利用自适应滤波器及依照判断结果改变自适用滤波器的系数对信号进行降噪，第二个步骤的实时回声抵消方法，包括如下的步骤：（２１）将第一个步输出的信号及远端信号分别作为期望信号和参考信号，分帧，并转变到频域；（２２）参考信号通过自适应滤波器产生输出信号，并与期望信号相减得到误差信号；（２３）由误差信号控制自适应滤波器的系数更新；（２４）分别计算期望信号、参考信号以及误差信号的能量，并得到自功率和互功率谱；（２５）由期望信号与误差信号能量的大小，对误差信号进行处理，得到输出信号，第三个步骤的语音增强方法，包括如下的步骤：（３１）、将第二步输出的信号用处理器进行分帧、预加重处理、再经过短时傅里叶变换到频域；（３２）、将变换到频域后的信号划分为若干频带，再计算各个频带能量并进行平滑，得到经平滑后的每个频带内的信号能量，所述信号能量包括语音能量和噪音能量，并得到所述噪音能量的初始估计值；（３３）、通过信号能量及噪音能量的初始估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值；（３４）、由得到的先验信噪比估计值对当前帧进行判决，判断是否是噪声，否则执行步骤（３５）、是则执行（３６）；（３５）、对各频带的噪音能量的估计值进行更新，再通过信号能量及噪音能量的当前更新的估计值，计算各个频带当前帧的后验信噪比，并由前一帧的先验信噪比估计值得到当前帧的先验信噪比估计值，继续执行步骤（３４）以再进行判决；（３６）、根据得到的先验信噪比估计值，计算各个频带的衰减增益因子；（３７）、用得到的衰减增益因子，对划分到各频带的信号频谱进行处理；（３８）、将处理后的频域信号变换到时域，进行去加重处理，变成最终输出信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶利剑，
申请(专利权)人：瑞声声学科技深圳有限公司，瑞声声学科技常州有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]