噪聲估計的設備和方法以及使用該設備和方法的降噪設備的製作方法

2023-05-13 05:24:56

噪聲估計的設備和方法以及使用該設備和方法的降噪設備的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種噪聲估計的設備和方法以及使用該設備和方法的降噪設備。噪聲估計設備通過阻止接收的音頻信號中的來自目標聲音源的方向的音頻信號來估計噪聲，並補償來自目標聲音阻止器的方向性增益的失真，所述目標聲音阻止器阻止來自目標聲音源的音頻信號。
【專利說明】噪聲估計的設備和方法以及使用該設備和方法的降噪設備
[0001] 本申請是申請日為2009年9月29日、申請號為201210251379. 4、題為"噪聲估計 的設備和方法以及使用該設備和方法的降噪設備"的專利申請的分案申請。
[0002] 本申請要求於2008年10月10日在韓國知識產權局提交的10-2008-0099699號 韓國專利申請的利益，該申請全部公開於此以資參考。

【技術領域】
[0003] 以下描述涉及音頻信號處理，更具體地，涉及一種用於噪聲估計的設備和方法以 及使用該設備和方法的降噪設備。

【背景技術】
[0004] 使用諸如行動電話的通信終端的語音電話不能保證噪聲環境中的高語音質量。為 了提高噪聲環境中的語音質量，需要一種估計背景噪聲分量以僅提取實際語音信號的技 術。
[0005] 隨著技術的發展，出現了用於響應於語音來操作或者存儲音頻數據的各種終端 (諸如，可攜式攝像機、筆記本PC、導航系統、遊戲機等）的基於語音的應用。因此，迫切需 要一種用於降低或清除背景噪聲以提取高質量語音的技術。
[0006] 已經提出了用於估計或降低背景噪聲的各種方法。然而，由於隨時間改變的噪聲 的統計特徵或在用於更新噪聲的統計特徵的初始操作時產生無法預期的偶發噪聲而難以 獲得期望的噪聲降低或清除性能。


【發明內容】

[0007] 根據一個總體方面，提供了一種噪聲估計設備，包括：音頻輸入單元，從多個方向 接收音頻信號並將音頻信號變換為頻域信號；目標聲音阻止器，阻止來自目標聲音源方向 的音頻信號；補償器，補償來自目標聲音阻止器的方向性增益的失真。
[0008] 音頻輸入單元可包括彼此距離1cm到8cm的兩個相鄰的話筒，並且音頻輸入單元 將通過兩個話筒接收的音頻信號變換為頻域信號。
[0009] 目標聲音阻止器可通過計算經由兩個話筒接收的音頻信號之間的差來阻止來自 目標聲音源的聲音信號。
[0010] 補償器可基於來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的平均值來計算來 自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的權重，並將來自目標聲音源的音頻信號被阻 止的音頻信號乘以相應的權重。
[0011] 噪聲估計設備還可包括：目標聲音檢測器，檢測來自目標聲音源的音頻信號，在來 自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量 的比率相應的尺度係數，所述部分與補償器估計的噪聲分量相關，其中，補償器將估計的噪 聲分量乘以尺度係數。
[0012] 可在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測的部分計算和更新尺度係數，在來自目 標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，可使用先前計算的尺度係數。
[0013] 噪聲估計設備還可包括：增益校準器，對所述兩個話筒進行校準以均衡所述兩個 話筒的增益。
[0014] 目標聲音阻止器可輸出來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號。
[0015] 根據另一方面，提供了一種降噪設備，包括：噪聲估計器，被配置為從多個方向接 收音頻信號，將音頻信號變換為頻域信號，阻止頻域信號中的來自目標聲音源的方向的音 頻信號，並補償來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的增益失真，從而估計噪聲 分量；降噪濾波器，使用基於估計的噪聲分量計算的濾波器係數來去除由噪聲估計器估計 的噪聲分量。
[0016] 噪聲估計器可包括彼此距離1cm到8cm的兩個相鄰的話筒，噪聲估計器可將通過 兩個相鄰話筒接收的音頻信號變換為頻域信號，計算頻域信號之差來阻止來自目標聲音源 的聲音信號，使用來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的平均值計算來自目標聲 音源的音頻信號被阻止的音頻信號的權重，並將來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻 信號乘以相應的權重。
[0017] 根據另一方面，提供了一種噪聲估計設備的噪聲估計方法，所述方法包括：從多個 方向接收音頻信號並將音頻信號變換為頻域信號；阻止頻域信號中的來自目標聲音源的方 向的音頻信號；補償來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的增益失真。
[0018] 接收音頻信號的步驟可包括：使用彼此距離1cm到8cm的兩個相鄰的話筒接收音 頻信號，阻止音頻信號的步驟可包括：通過計算經由兩個話筒接收的音頻信號之差來阻止 來自目標聲音源的聲音信號。
[0019] 補償的步驟可包括：使用來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的平均值 來計算來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的權重，並將來自目標聲音源的音頻 信號被阻止的音頻信號乘以相應的權重。
[0020] 補償的步驟可包括：檢測來自目標聲音源的音頻信號，在來自目標聲音源的音頻 信號未被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量的比率相應的尺度系 數，所述部分與先前計算的噪聲分量相關。
[0021] 可在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分計算和更新尺度係數，在來自 目標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，可使用先前計算的尺度係數。
[0022] 噪聲估計設備可包括兩個話筒，所述方法還包括對所述兩個話筒進行校準以均衡 所述兩個話筒的增益，接收音頻信號的步驟可包括使用校準的兩個話筒接收音頻信號。
[0023] 根據另一方面，提供了一種用於降噪的設備，包括：音頻輸入單元，具有從多個方 向接收音頻信號的多個話筒並將音頻信號變換為頻域信號；目標聲音阻止器，通過計算經 由多個話筒接收的音頻信號之間的差來阻止頻域信號中的來自目標聲音源的方向的音頻 信號，並輸出來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號；降噪單元，去除來自目標聲音 源的音頻信號被阻止的音頻信號，以輸出來自目標聲音源的音頻信號。
[0024] 降噪單元可以是使用基於來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號確定的 濾波器係數來去除來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的濾波器。
[0025] 所述設備還可包括：補償器，補償來自目標聲音阻止器的方向性增益的失真。
[0026] 補償器可基於來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的平均值來計算來 自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的權重，並將來自目標聲音源的音頻信號被阻 止的音頻信號乘以相應的權重。
[0027] 所述設備還可包括：目標聲音檢測器，檢測來自目標聲音源的音頻信號，在來自目 標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量的比 率相應的尺度係數，所述部分與補償器估計的噪聲分量相關，其中，補償器將估計的噪聲分 量乘以尺度係數。
[0028] 可在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分計算和更新尺度係數，在來自 目標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，可使用先前計算的尺度係數。
[0029] 所述設備還可包括：增益校準器，對所述多個話筒進行校準以均衡所述多個話筒 的增益。
[0030] 通過以下詳細的描述、附圖和權利要求，其它特點和方面將變得清楚。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是示出示例性噪聲估計設備的框圖。
[0032] 圖2是示出聲音源與圖1的噪聲估計設備的話筒陣列的布置之間的位置關係的示 圖。
[0033] 圖3是示出由圖1的噪聲估計設備的目標聲音阻止器獲得的方向性模式的圖表。
[0034] 圖4是示出具有目標聲音檢測器的另一示例性噪聲估計設備的框圖。
[0035] 圖5是示出具有增益校準器的另一示例性噪聲估計設備的框圖。
[0036] 圖6是示出具有噪聲估計器的示例性降噪設備的框圖。
[0037] 圖7是示出示例性噪聲估計方法的流程圖。
[0038] 在整個附圖和詳細描述中，除非另外描述，否則相同的附圖標號將被理解為表示 相同的元件、特徵和結構。出於簡明、示例和方便的目的可誇大這些元件的相對大小和敘 述。

【具體實施方式】
[0039] 提供以下描述以助於讀者獲得在此描述的方法、設備和/或系統的全面理解。因 此，各種改變、修改和在此描述的系統、設備和/或方法的等同物將被建議給本領域的普通 技術人員。另外，為了清楚和簡明會省略已知功能和構建的描述。
[0040] 圖1是示出示例性噪聲估計設備的框圖。
[0041] 如圖1中所示，噪聲估計設備100包括音頻輸入單元110、目標聲音阻止器120和 補償器130。
[0042] 音頻輸入單元110從多個方向接收音頻信號並將音頻信號變換為頻域信號。目標 聲音阻止器120阻止來自目標聲音源的方向的音頻信號。補償器130補償來自目標聲音阻 止器120的增益失真。
[0043] 如一個示例，音頻輸入單元110包括彼此相鄰的兩個話筒（未示出），並且音頻輸 入單元110將通過話筒接收的音頻信號變換為頻域信號。例如，變換可以是傅立葉變換。將 參照圖2對包括話筒的布置和數量、目標聲音源的位置以及噪聲源的位置的更多示例性細 節進行描述。
[0044] 在具有兩個話筒的音頻輸入單元110的示例中，目標聲音阻止器120通過計算經 由兩個話筒接收的音頻信號之差來阻止目標聲音。例如，用於從多個方向接收音頻信號兩 個全向話筒被以預定距離（例如，lcm)分離放置，從而阻止例如來自產生目標聲音的正前 方向的音頻信號，並接收來自其它方向的音頻信號。
[0045] 例如，兩個話筒之間的距離可以從lcm到8cm。如果兩個話筒之間的距離小於1cm， 則會減少來自多個方向的所有音頻信號。如果兩個話筒之間的距離大於8cm，則會阻止除了 來自目標源的方向的音頻信號之外的來自多個方向的音頻信號。
[0046] 如所示的，可通過等式1計算由話筒接收的音頻信號的頻率變換的值&(〇和 S2 (f)、目標聲音被阻止的音頻信號的頻率變換的值B (f):
[0047] B (:0=?^ (f) "#)+w2(f)*S2(f)[等式 1]
[0048] 其中,wjf)和w2(f)是用於阻止目標聲音的參數並可通過過度（undue)的實驗被 合適地設置。例如，其中， Wl(f)和《2(0被分別設置為+1和一 1，目標聲音被阻止的音頻信 號的頻率變換的值B(f)變為由話筒接收的音頻信號的頻率變換的值Si (f)和&(〇之間的 差。
[0049] 其中,wjf)和》2(〇被分別設置為+1和一 1,由於從兩個話筒的正前方向，也就是 從目標聲音源的方向接收的音頻信號理想地相同，並且從其它方向接收的音頻信號彼此不 同，故僅有從兩個話筒的正前方向接收的音頻信號理想地成為零。因此，從正前方向接收的 目標聲音可被阻止。
[0050] 目標聲音被阻止的音頻信號可以是噪聲分量。然而，從目標聲音阻止器120輸出 的音頻信號的頻率特徵可根據例如話筒陣列口徑大小、話筒的數量等而顯著地改變。因此， 為了在噪聲估計中減小誤差，補償器130可被用於基於目標聲音被阻止的音頻信號的平均 值來計算權重，並將音頻信號分別乘以相應的權重。
[0051] 可通過等式2計算目標聲音被阻止的音頻信號的通過目標聲音阻止器120獲得的 方向性模式D(f，Φ) :
[0052]

【權利要求】
1. 一種噪聲估計設備，包括： 音頻輸入單元，從多個方向接收音頻信號並將音頻信號變換為頻域信號； 目標聲音阻止器，阻止來自目標聲音源方向的音頻信號；和 補償器，補償來自目標聲音阻止器的方向性增益的失真， 其中，目標聲音檢測器檢測來自目標聲音源的音頻信號，在來自目標聲音源的音頻信 號未被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量相比於補償器估計的噪 聲分量的比率相應的尺度係數， 其中，補償器將估計的噪聲分量乘以尺度係數。
2. 如權利要求1所述的噪聲估計設備，其中，音頻輸入單元包括彼此距離lcm到8cm的 兩個相鄰的話筒，並且音頻輸入單元將通過兩個話筒接收的音頻信號變換為頻域信號。
3. 如權利要求2所述的噪聲估計設備，其中，目標聲音阻止器通過計算經由兩個話筒 接收的音頻信號之間的差來阻止來自目標聲音源的聲音信號。
4. 如權利要求1所述的噪聲估計設備，其中，在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測 到的部分計算和更新尺度係數，在來自目標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，使用先前 計算的尺度係數。
5. 如權利要求2所述的噪聲估計設備，還包括：增益校準器，對所述兩個話筒進行校準 以均衡所述兩個話筒的增益。
6. 如權利要求1所述的噪聲估計設備，其中，目標聲音阻止器輸出來自目標聲音源的 音頻信號被阻止的音頻信號。
7. -種降噪設備，包括： 噪聲估計器，被配置為從多個方向接收音頻信號，將音頻信號變換為頻域信號，阻止頻 域信號中的來自目標聲音源的方向的音頻信號，並補償來自目標聲音源的音頻信號被阻止 的音頻信號的增益失真，從而估計噪聲分量；以及 降噪濾波器，使用基於估計的噪聲分量計算的濾波器係數來去除由噪聲估計器估計的 噪聲分量， 其中，噪聲估計器檢測來自目標聲音源的音頻信號，在來自目標聲音源的音頻信號未 被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量相比於噪聲估計器估計的噪 聲分量的比率相應的尺度係數， 其中，噪聲估計器將估計的噪聲分量乘以尺度係數。
8. 如權利要求7所述的降噪設備，在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分計 算和更新尺度係數，在來自目標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，使用先前計算的尺度 係數。
9. 如權利要求8所述的降噪設備，其中： 噪聲估計器包括彼此距離lcm到8cm的兩個相鄰的話筒，以及 噪聲估計器將通過兩個相鄰話筒接收的音頻信號變換為頻域信號，計算頻域信號之差 來阻止來自目標聲音源的音頻信號。
10. -種噪聲估計設備的噪聲估計方法，所述方法包括： 從多個方向接收音頻信號並將音頻信號變換為頻域信號； 阻止頻域信號中的來自目標聲音源的方向的音頻信號；以及 補償來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號的增益失真， 其中，補償的步驟包括：檢測來自目標聲音源的音頻信號的存在，在來自目標聲音源的 音頻信號未被檢測到的部分，計算與在所述部分中接收的音頻信號的數量相比於先前計算 的噪聲分量的比率相應的尺度係數， 其中，在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分計算和更新尺度係數，在來自 目標聲音源的音頻信號被檢測到的部分，使用先前計算的尺度係數。
11. 如權利要求10所述的噪聲估計方法，其中： 接收音頻信號的步驟包括：使用彼此距離lcm到8cm的兩個相鄰的話筒接收音頻信號， 以及 阻止音頻信號的步驟包括：通過計算經由兩個話筒接收的音頻信號之差來阻止來自目 標聲音源的音頻信號。
12. 如權利要求10所述的噪聲估計方法，其中，補償的步驟包括：使用來自目標聲音源 的音頻信號被阻止的音頻信號的平均值來計算來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻 信號的權重，並將來自目標聲音源的音頻信號被阻止的音頻信號乘以相應的權重。
13. 如權利要求12所述的噪聲估計方法，其中： 噪聲估計設備包括兩個話筒， 所述方法還包括對所述兩個話筒進行校準以均衡所述兩個話筒的增益，以及 接收音頻信號的步驟包括使用校準的兩個話筒接收音頻信號。
14. 如權利要求10所述的噪聲估計方法，其中： 在來自目標聲音源的音頻信號未被檢測到的部分計算和更新尺度係數，在來自目標聲 音源的音頻信號被檢測到的部分，使用先前計算的尺度係數。
【文檔編號】G10L21/0208GK104269179SQ201410432952
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2009年9月29日 優先權日:2008年10月10日
【發明者】金圭洪, 吳光哲 申請人:三星電子株式會社