用於去除噪聲的設備和方法
2023-09-19 07:00:30
用於去除噪聲的設備和方法
【專利摘要】提供了一種用於去除噪聲的設備和方法。所述方法包括：接收構成雙聲道信號的聲道信號；通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號；從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度（PSD）；通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號；通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號；從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號。
【專利說明】用於去除噪聲的設備和方法
[0001]本申請要求於2012年5月22日在韓國知識產權局提交的第10-2012-0054448號韓國專利申請的權益，所述申請通過引用全部合併於此。
【技術領域】
[0002]本公開涉及一種用於從雙聲道聲音信號去除噪聲的方法和設備。
【背景技術】
[0003]從包括漫射噪聲和幹擾噪聲的聲音去除噪聲的方法的示例包括使用以下項的兩階段噪聲去除方法:最小統計量、最小值控制遞歸算法(MCRA)、兩耳多道維納濾波器(MWF)或語音活動檢測器(VAD)。需要開發這樣一種噪聲去除方法:該方法能夠保持聲音的方向性並容易且有效地去除至少一個幹擾信號，而不受漫射噪聲的影響。
【發明內容】
[0004]提供了一種用於估計功率譜密度(PSD)並基於PSD從雙聲道信號去除漫射噪聲和幹擾信號的方法和設備。
[0005]還提供了一種在其上實施有用於執行所述方法的電腦程式的計算機可讀記錄介質。
[0006]另外的方面將在下面的描述中部分地闡明，並且從描述中部分是清楚的，或者可通過本實施例的實施來理解。
[0007]根據本發明的一方面，一種從雙聲道信號去除噪聲的方法，所述方法包括:接收構成雙聲道信號的聲道信號；通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號；從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD);通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號；通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號；從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號。
[0008]根據本發明的另一方面，一種用於從雙聲道信號去除噪聲的噪聲去除設備，所述噪聲去除設備包括:接收單元，用於接收構成雙聲道信號的聲道信號；目標信號去除單元，用於通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號；漫射噪聲估計單元，用於從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD);第一漫射噪聲去除單元，用於通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號；第二漫射噪聲去除單元，用於通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號；幹擾信號去除單元，用於從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號。
[0009]根據本發明的另一方面，一種用於輸出去除了噪聲的雙聲道聲音的聲音輸出設備，所述聲音輸出設備包括:接收單元，用於接收構成雙聲道信號的聲道信號；處理器，用於通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號；從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD);通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號；通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號；通過從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號來獲得每個聲道的目標信號；基於獲得的目標信號獲得應用到每個聲道信號的輸出增益；增益應用單元，用於將輸出增益應用到每個聲道信號；聲音輸出單元，用於輸出應用了輸出增益的雙聲道聲音。
[0010]根據本發明的另一方面，一種計算機可讀記錄介質，在所述計算機可讀記錄介質上實施有用於執行從雙聲道信號去除噪聲的方法的電腦程式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]從下面結合附圖的實施例的描述，這些和/或其他方面將會變得更加清楚且更容易理解，其中:
[0012]圖1是根據本發明實施例的噪聲去除設備的框圖；
[0013]圖2是圖1的漫射噪聲估計單元的框圖；
[0014]圖3是根據本發明實施例的聲音輸出設備的框圖；
[0015]圖4是示出通過圖1的噪聲去除設備去除噪聲的方法的流程圖；
[0016]圖5是示出輸出通過使用根據本發明實施例的聲音輸出設備而去除了噪聲的聲音的方法的流程圖。.【具體實施方式】
[0017]現將參照附圖詳細描述根據本發明的示例性實施例。當諸如「…中的至少一個」的表述位於一列元素之後時，其修飾整列元素而不是修飾列出的單個元素。
[0018]圖1是根據本發明實施例的噪聲去除設備100的框圖。參照圖1，噪聲去除設備100包括接收單元110、漫射噪聲估計單元120、目標信號去除單元130、第一漫射噪聲去除單元140、第二漫射噪聲去除單元150和幹擾信號去除單元160。
[0019]示出噪聲去除設備100的圖1僅包括與當前實施例相關的組件，以便不阻礙對當前實施例的理解。因此，本領域的普通技術人員將理解噪聲去除設備100可包括除圖1中示出的組件以外的其它組件。
[0020]當前實施例的噪聲去除設備100可以是至少一個處理器或者可包括至少一個處理器。因此，當前實施例的噪聲去除設備100可以以包括在另一硬體裝置(諸如，聲音再現設備、聲音輸出設備或助聽器)中的設備的形式來驅動。
[0021]接收單元110接收諸如雙聲道信號的聲道信號。該聲道信號是用戶周圍的聲音經過兩個音頻聲道輸入的信號。聲道信號根據輸入聲道信號的位置而彼此不同。
[0022]根據本發明的當前實施例，雙聲道信號可以是在用戶的兩耳位置處輸入的聲音。例如，雙聲道信號可以是經由分別布置在用戶的兩耳處的麥克風輸入的聲音，但本發明不限於此。為便於描述，雙聲道信號被稱為在用戶的兩耳位置處輸入的聲音。在用戶的左耳位置處輸入的聲音被稱為左聲道信號，在用戶的右耳位置處輸入的聲音被稱為右聲道信號。
[0023]聲道信號包括與用戶意在收聽的聲音對應的目標信號和除目標信號以外的噪聲信號。噪聲是阻礙用戶的收聽的聲音，噪聲信號可被劃分為與沒有方向性的噪聲對應的漫射噪聲和與具有方向性的噪聲對應的幹擾信號。
[0024]例如，如果用戶與某人交談，則對方的語音是目標信號，除對方的語音以外的聲音對應於噪聲。此外，除對方的語音以外的其他人的語音是幹擾信號(即，具有方向性的噪聲)，周圍的不具有方向性的聲音對應於漫射噪聲。
[0025]因此，接收單元110接收用於雙聲道的包括目標信號、幹擾信號和漫射噪聲的聲道信號，每個聲道信號可通過下面的等式I來表示，
[0026]XL=aLS+vLV+NL
[0027]Xe = aES+vEV+NE ⑴
[0028]其中，\表示在用戶的左耳位置的左聲道信號輸入，Xk表示在用戶的右耳位置的右聲道信號。如上所述，左聲道信號\由4S、V J和隊的和來表示，其中，a#是目標信號的元素，V J是幹擾信號的元素，隊是漫射噪聲的元素。關於左聲道信號\的描述還可用於描述右聲道信號xR。
[0029]這裡,利用具有聲音從產生聲音的位置傳輸到聲音被輸入的位置的聲波路徑來表不具有方向性的目標信號。也就是說，聲波路徑表不指不聲音的方向的信息。
[0030]根據當前實施例，可通過頭部相關傳輸函數(HRTF)表達聲波路徑，但本發明不限於此。在下文中，為便於描述，和CIk可被稱為表示從產生聲音的位置到用戶的兩耳的傳輸路徑的HRTF。
.[0031]如等式I所示，可通過將與目標信號對應的聲音S乘以HRTF a L而獲得的值來表不包括在左聲道信號\中的目標信號，其中，HRTF a 表不從產生聲音的位置到用戶的兩耳的傳輸路徑。
[0032]類似地，可通過將幹擾信號的聲音V乘以^或V 1；而獲得的值來表示作為具有方向性的信號的幹擾信號，其中，^或Vk表示從產生幹擾信號的位置到幹擾信號被輸入的位置的傳輸路徑。根據當前實施例，^或〃1(可以是表示從產生聲音源的位置到用戶的兩耳的傳輸路徑的HRTF。
[0033]另一方面，如等式I所示，漫射噪聲是不具有方向性的信號，並可僅通過隊或乂來表不而不包括方向信息。
[0034]因此，當前實施例的噪聲去除設備100從經由接收單元110接收的包括目標信號、幹擾信號和漫射噪聲的聲道信號去除與噪聲對應的幹擾信號和漫射噪聲。
[0035]漫射噪聲估計單元120從聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD)。這裡，漫射噪聲是指來自周圍環境的噪聲，並還可被稱為背景噪聲或環境噪聲。漫射噪聲不具有方向性，其在所有方向上具有均衡的大小，並具有隨機的相位。例如，漫射噪聲可以是由空調機或發動機發出的機器噪聲、室內多路重合噪聲或混響。
[0036]漫射噪聲估計單元120估計包括在聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性，估計關於聲道信號的協方差矩陣的最小特徵值，並還通過使用估計的相關性和最小特徵值來估計漫射噪聲的PSD。
[0037]漫射噪聲估計單元120可通過使用左聲道信號\和右聲道信號Xk的協方差矩陣的最小特徵值來估計漫射噪聲的PSD。這裡，漫射噪聲是指不具有方向性並在所有方向上具有均衡大小的噪聲。雖然包括在聲道信號中的漫射信號的總體相關性低，但包括在低頻帶的聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性高。
[0038]因此，漫射噪聲估計單元120需要對包括在聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性進行數學建模，並補償包括在低頻帶的聲道信號中的漫射噪聲之間的高相關性。因此，漫射噪聲估計單元120估計包括在左聲道信號中的漫射噪聲元素隊與包括在右聲道信號Xk中的漫射噪聲元素Nk之間的相關性，並使用估計的相關性來估計漫射噪聲的PSD。因此，通過ΓΝΝ表示漫射噪聲的估計的PSD，將參照圖2詳細描述ΓΝΝ。
[0039]目標信號去除單元130通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號。這裡，加權值被確定為使得包括在每個聲道中的目標信號與包括在另一聲道中的目標信號相同。因此，可去除包括在每個聲道中的目標信號。
[0040]可通過下面的等式2表示通過目標信號去除單元130去除包括在每個聲道信號中的目標信號，
[0041]Zl = Xl-WeXe
[0042]Ze = Xe-WlXl
[0043](2) [0044]其中，W1^P Wlj表不加權值，Z1^P Zk表不去除了目標信號的聲道信號(即，噪聲信號)。如等式2所示，目標信號去除單元130可通過從左聲道信號\減去乘以加權值Wk的的右聲道信號Xk來去除包括在左聲道信號\中的目標信號，並可獲得包括在左聲道信號\中的噪聲信號\。類似地，右聲道的噪聲信號Zk可通過從右聲道信號Xk減去乘以加權值\的左聲道信號\來獲得。
[0045]參照等式1，由目標信號去除單元130從左聲道信號去除目標信號元素a LS,並且僅噪聲元素保留。換句話說，可通過下面的等式3來表示通過從左聲道信號\減去乘以加權值Wk的右聲道信號Xk來獲得的噪聲信號，
[0046]Zl = Xl-WeXe
[0047]= HlV+N/ l
[0048]Ze = Xe-WlXl
[0049]= HeV+N/ e (3)
[0050]其中，和NJ表示通過從左聲道信號\減去乘以加權值Wk的右聲道信號Xk而獲得的信號。也就是說，和NJ表示應用了加權值且除目標信號以外的噪聲元素。扎是乘以幹擾信號的聲音V的值。HljV表不應用了加權值的幹擾信號兀素V J和vKV的值。
表示應用了加權值的漫射噪聲元素隊和Nk的值。
[0051]這裡，根據本發明的當前實施例，可基於包括在每個聲道信號中的目標信號的方向?目息獲得目標?目號去除單兀130的加權值。例如，目標彳目號去除單兀130可通過使用指不目標信號的方向信息的HRTF Ctlj和α κ來確定使包括在每個聲道信號中的目標信號與包括在另一信號中的目標信號相同的加權值。
[0052]參照等式1，包括在聲道信號\和Xk中的目標信號元素分別是指示目標信號的方向信息的HRTF 4和^乘以聲音S的aj和a ,S。因此，目標信號去除單元130通過使用HRTF 和α κ確定與包括在右聲道的目標信號元素a ES相乘的的加權值，從而右聲道的目標信號元素與包括在左聲道信號\中的目標信號元素α #相同。
[0053]通過下面的等式4來表示通過使用指示目標信號的方向信息的HRTF 和0,確定的目標信號去除單元130的加權值，
[0055]
【權利要求】
1.一種從雙聲道信號去除噪聲的方法，所述方法包括: 接收構成雙聲道信號的聲道信號； 通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號； 從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD)； 通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號； 通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號； 從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號。
2.如權利要求1所述的方法，其中，基於包括在每個聲道信號中的目標信號的方向信息確定所述加權值。
3.如權利要求1所述的方法，其中，估計漫射噪聲的PSD的步驟還包括: 估計包括在每個聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性； 估計關於雙聲道信號的協方差矩陣的最小特徵值； 通過使用估計的相關性和最小特徵值來估計漫射噪聲的PSD。
4.如權利要求1所述的方法，其中， 獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號的步驟包括:通過將相同的第一漫射噪聲去除增益乘以聲道信號來從聲道信號去除漫射噪聲，以便在保持聲道信號的方向性的同時去除漫射噪聲； 獲得每個聲道的幹擾信號的步驟包括:通過將相同的第二漫射噪聲去除增益乘以每個聲道的噪聲信號來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，以便在保持每個聲道的噪聲信號的方向性的同時去除漫射噪聲。
5.如權利要求4所述的方法，其中，基於每個聲道信號的PSD和估計的漫射噪聲的PSD獲得第一漫射噪聲去除增益，基於每個聲道的噪聲信號的PSD、估計的漫射噪聲的PSD和每個聲道的目標信號的方向信息獲得第二漫射噪聲去除增益。
6.如權利要求5所述的方法，其中，通過每個聲道信號的第一遞歸平均獲得每個聲道信號的PSD，通過每個聲道的噪聲信號的第一遞歸平均獲得每個聲道的噪聲信號的PSD。
7.如權利要求1所述的方法，其中，去除幹擾信號的步驟包括:通過使用自適應濾波器從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號自適應地去除與幹擾信號具有高相關性的信號分量，來去除幹擾信號。
8.如權利要求7所述的方法，其中，通過使用歸一化最小均方(NLMS)算法來配置自適應濾波器。
9.一種用於從雙聲道信號去除噪聲的噪聲去除設備，所述噪聲去除設備包括: 接收單元，用於接收構成雙聲道信號的聲道信號； 目標信號去除單元，用於通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號； 漫射噪聲估計單元，用於從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD); 第一漫射噪聲去除單元，用於通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號； 第二漫射噪聲去除單元，用於通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號； 幹擾信號去除單元，用於從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號。
10.如權利要求9所述的噪聲去除設備，其中，基於包括在每個聲道信號中的目標信號的方向信息確定所述加權值。
11.如權利要求9所述的噪聲去除設備，其中，漫射噪聲估計單元估計包括在每個聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性，估計關於雙聲道信號的協方差矩陣的最小特徵值，並通過使用估計的相關性和最小特徵值估計漫射噪聲的PSD。
12.如權利要求9所述的噪聲去除設備，其中， 第一漫射噪聲去除單元通過將相同的第一漫射噪聲去除增益乘以聲道信號來從聲道信號來去除漫射噪聲，以便在保持聲道信號的方向性的同時去除漫射噪聲； 第二漫射噪聲去除單元通過將相同的第二漫射噪聲去除增益乘以每個聲道的噪聲信號來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，以便在保持每個聲道的噪聲信號的方向性的同時去除漫射噪聲。
13.如權利要求12所述的噪聲去除設備，其中，基於每個聲道信號的PSD和估計的漫射噪聲的PSD獲得第一漫射噪聲去除增益，基於每個聲道的噪聲信號的PSD、估計的漫射噪聲的PSD和每個聲道的目標信號.的方向信息獲得第二漫射噪聲去除增益。
14.如權利要求9所述的噪聲去除設備，其中，幹擾信號去除單元通過使用自適應濾波器從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號自適應地去除與幹擾信號具有高相關性的信號分量，來去除幹擾信號。
15.—種用於輸出去除了噪聲的雙聲道聲音的聲音輸出設備,所述聲音輸出設備包括: 接收單元，用於接收構成雙聲道信號的聲道信號； 處理器，用於通過從每個聲道信號減去乘以加權值的另一聲道的信號來從每個聲道信號去除目標信號，從而獲得每個聲道的噪聲信號；從每個聲道信號估計漫射噪聲的功率譜密度(PSD);通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的包括幹擾信號的目標信號；通過使用漫射噪聲的估計的PSD來從每個聲道的噪聲信號去除漫射噪聲，從而獲得每個聲道的幹擾信號；通過從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號去除幹擾信號來獲得每個聲道的目標信號；基於獲得的目標信號獲得應用到每個聲道信號的輸出增益； 增益應用單元，用於將輸出增益應用到每個聲道信號； 聲音輸出單元，用於輸出應用了輸出增益的雙聲道聲音。
16.如權利要求15所述的聲音輸出設備，其中，增益應用單元將相同的輸出增益應用到聲道信號，以便在保持每個聲道信號的方向性的同時去除噪聲。
17.如權利要求15所述的聲音輸出設備，其中，基於包括在每個聲道信號中的目標信號的方向信息確定所述加權值。
18.如權利要求15所述的聲音輸出設備,其中，處理器估計包括在每個聲道信號中的漫射噪聲之間的相關性，估計關於雙聲道信號的協方差矩陣的最小特徵值，並通過使用估計的相關性和最小特徵值估計漫射噪聲的PSD。
19.如權利要求15所述的聲音輸出設備，其中，處理器通過使用自適應濾波器從每個聲道的包括幹擾信號的目標信號自適應地去除與幹擾信號具有高相關性的信號分量，來去除幹擾信號。·
【文檔編號】H04R3/04GK103428609SQ201310190123
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月21日 優先權日:2012年5月22日
【發明者】孫晙壹, 具允書, 金東鬱, 金鐘珍, 樸榮喆, 李欣哲 申請人:三星電子株式會社, 延世大學校原州算學協力團