一種噪聲消除方法及系統的製作方法

2023-09-19 07:03:05 1

專利名稱：一種噪聲消除方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及信號處理技術領域，尤其涉及一種噪聲消除方法及系統。
噪聲消除技術主要分為單麥克風噪聲消除技術和多麥克風(即麥克風陣
列)噪聲消除技術。
單麥克風噪聲消除技術在特定的應用場景中可以取得較好的效果，噪聲信號的特性變化比語音信號的特性變化較為緩慢，因此單麥克風噪聲消除技術一般都是利用目標語音和噪聲成分在時頻域上的這一區別來消除噪聲，並且這種消除噪聲的技術適用於對穩態噪聲的消除。
根據多麥克風設置的位置和數量不同，麥克風陣列去噪方法主要為採用波束形成和單通道語音增強技術來消除噪聲，其工作原理如圖i所示，以兩個麥
克風MIC1和MIC2組成的麥克風陣列為例，MIC1和MIC2採集到的信號Xl(k)和X2(k),通過波束形成算法，產生空間分離的兩路輸出信號， 一路增強了目標語音信號，即圖1中的信號d(k)，另一路消弱了目標語音信號，即圖1中的信號u(k)， u(k)主要包含噪聲。然後，對信號d(k)和u(k)進行單通道語音增強處理，得到消除噪聲後的信號S(k)。
然而，現有的採用波束形成和單通道語音增強技術來消除噪聲的技術，往往無法獲得較強的噪聲消除效果，並且目標語音質量得不到保證。

發明內容
本發明實施例提供了 一種噪聲消除方法及系統，用以在保證目標語音質量不受影響的同時，提高噪聲消除效果。本發明實施例提供的一種噪聲消除方法包括
對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理，並且，在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信
度；
利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並利用加權得到的語音存在概率，對經過所述波束形成處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理。
本發明實施例提供的一種噪聲消除系統包括
波束形成單元，用於對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理；
目標語音可信度確定單元，用於在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度；
單通道語音增強單元，用於利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並利用加權得到的語音存在概率，對經過所述波束形成處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理。
本發明實施例，通過對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理，並且，在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度；利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並利用加權得到的語音存在概率，對經過所述波束形成處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理，從而在不影響目標語音質量的前提下，大大提高了噪聲消除的效果。


圖1為現有技術中提供的噪聲消除技術原理示意圖；圖2為本發明實施例提供的一種噪聲消除系統的結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的麥克風陣列波束形成原理示意圖；圖4為本發明實施例提供的聲源定位原理示意5為本發明實施例提供的預先設置的目標語音的入射角度範圍示意圖6為本發明實施例提供的自適應濾波原理示意圖7為本發明實施例提供的單通道語音增強原理示意圖8為本發明實施例提供的斜坡函數示意圖9為本發明實施例提供的一種噪聲消除方法的流程示意圖。
具體實施例方式
本發明實施例提供了 一種噪聲消除方法及系統，用以在保證目標語音質量不受影響的同時，最大限度地消除周圍的噪聲，得到最佳的目標語音質量。
本發明實施例以兩個麥克風組成的麥克風陣列為例進行噪聲消除的說明，對於更多個麥克風組成的麥克風陣列，同樣適用本發明實施例提供的噪聲消除方案。
下面結合附圖對本發明實施例提供的技術方案進行詳細說明。參見圖2,本發明實施例提供的一種噪聲消除系統包括波束形成單元11、目標語音可信度確定單元12、自適應濾波單元13、單通道語音增強單元14和自動增益控制單元15。其中，自適應濾波單元13和自動增益控制單元15是可有可無的，如果有的話，則可以進一步提高噪聲消除效果。下面分別介紹各個單元的功能。
波束形成單元ll,用於對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理，如果設置了自適應濾波單元13的話，則如圖3所示，需要得到增強後的目標語音信號d(k)和消弱後的目標語音信號u(k);如果沒有設置自適應濾波單元13，則只需要得到增強後的目標語音信號d(k)。
該波束形成單元11的輸入為兩個麥克風MIC1和MIC2採集到的信號Xl(k)和X2(k)，通過波束形成算法，產生兩路輸出信號， 一路增強了目標語音信號，另 一路消弱了目標語音信號，主要包含噪聲。
波束形成算法主要是通過對麥克風陣列採集到的信號進行處理，使得麥克風陣列對空間域中的某些方向具有較大的增益，而其他方向的增益較小，好像形成一個定向的波束一樣。通過這種方法就可以利用目標聲源和噪聲源在空間域上的差別，例如，各聲源到麥克風的距離和方向不同，給予目標聲源方向較大的增益，即把波束指向目標語音，從而達到信號分離，抑制噪聲的作用。
對於平行放置的兩個麥克風，即broadside方式，目標聲源距離麥克風陣列中的兩個麥克風是等距離的，因此可以認為兩個麥克風採集到的目標聲源的相位和幅度是基本相同的。將兩路信號疊加，可以起到增強目標語音的作用，將兩路信號相減，可以起到消弱目標語音的作用。A^而形成波束形成單元11的兩路輸出信號。如圖3所示，輸出的增強目標語音信號為d(k)，輸出的消弱目標語音信號為u(k)，分別如下
d(k)=(Xl(k)+X2(k))/2............................................公式[l]
u(k)=Xl(k)-X2(k)..................................................公式[2]
目標語音可信度確定單元12,用於在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度。較佳地，具體包括
聲源定位單元121，用於通過計算麥克風陣列採集到的信號的最大互相關值，確定目標語音信號到達所述麥克風陣列中不同麥克風的時間差，通過該時間差確定目標語音信號相對於所述麥克風陣列的入射角度。
目標檢測單元122,用於通過將該入射角度與預先設置的目標語音的入射角度範圍進行比較，確定存在目標語音信號的可信度。
首先，詳細介紹一下聲源定位單元121的工作原理。
聲源定位的基本原理，是聲源發出的聲音到達麥克風陣列中各個麥克風的時間不同，因此各個麥克風採集到的信號就有相位的差異，通過對各個麥克風釆集到的信號進行分析，估計出相位差異，同時才艮據麥克風陣列的尺寸和結構的幾何關係就可以估計出聲源相對於麥克風陣列的方向。圖4示出了對麥克風陣列進行聲源定位的原理，由圖4可知
"Zsin(p)/c..................................................公式[3]其中，d表示聲源到達兩個麥克風的時間差，c表示聲速，L表示兩個麥 克風的間距，^表示聲源相對於麥克風陣列的入射角度。由此可得 p = arcsin(cd / Z)..............................................公式[司
也就是說，只要能夠準確地估計出聲波到達兩個麥克風的時間差d,即兩 個麥克風採集到的信號的相位差，那麼就可以利用麥克風陣列的尺寸和結構的 幾何關係推算出聲波相對於麥克風陣列的入射角度^ ,即聲源的位置。
聲源定位的方法以計算兩個麥克風採集信號的互相關函數為基礎，通過兩 路信號的最大互相關位置，來估計兩路信號的相位差，如下
d = argmax(i^2 ..................................................公式[5]
其中，XI和X2分別表示MIC1和MIC2採集到的兩路信號，i^(r)表示 兩路信號X1和X2的互相關函數，r表示兩路信號的相位差。也就是說，通過 計算兩路信號的互相關函數，來確定兩路信號的最大互相關值所對應的位置 差，即兩路信號的相位差r，從而得到d。
互相關函數i V2 (力的計算方法為
(" = §^ ("AW —"..................................................公式[6]
其中，N表示一幀信號的長度，yt表示一幀信號的採樣點。 由於r在很多情況下並不一定是一個整數，因此可以採用傅立葉變換，將 公式[6]變換到頻域進行計算，如下
l = I!，)，v2緒..................................................公式[7]
聲源定位單元121，可以得到多個延時間隔，即信號X1和X2的多個相位 差r所對應的互相關函數值，也就是說，可以計算多個可能的入射角度所對應 的互相關值，從中可以選擇三個(當然也可以選擇別的個數，如兩個或四個等 等)不同位置的最大互相關值所對應的入射角度，假設按照入射角度所對應的 最大互相關值從大到小的順序對入射角度進行排序，排序結果依次為^1,和^3,其中，^l對應的最大互相關值最大，^2對應的最大互相關值次之， 對應的最大互相關值最小，將這三個角度輸出給目標檢測單元122。
從圖4可以看出，入射角度可能從負90度到正90度，由於麥克風陣列的 前後兩側是對稱的，因此只考慮半側即可。
假如目標語音是從垂直於兩個麥克風連線的地方入射的，則入射角度為0 度。本發明實施例中，預先設置目標語音的入射角度範圍，如圖5所示，假設 目標語音是從正負20度的入射角度範圍內入射的，則可以通過判斷^1, 和"是否屬於該入射角度範圍，從而分別給予^1, ^2和^3不同的可信度。
例如，可以按照入射角度所對應的最大互相關值的從大到小的順序，預先 設置三個不同的可信度，分別為100%, 80%和60%,其中，最大互相關值越 大，對應的可信度越高。目標檢測單元122在收到^1, ^2和^3三個角度及 其對應的最大互相關值後，首先比較各個入射角度所對應的最大互相關值的大 小，確定各個入射角度所對應的可信度，即^1的最大互相關值最大，則"對 應的可信度為100%， 的最大互相關值次之，則^2對應的可信度為80%, 的最大互相關值最小，則^3對應的可信度為60%。然後，將各個入射角度與 預先設置的目標語音的入射角度範圍進行比較，當其中的一個入射角度屬於目 標語音的入射角度範圍時，將該入射角度所對應的可信度作為存在目標語音信 號的可信度，例如，如果^1屬於目標語音的入射角度範圍，則將^1對應的可 信度為100%作為存在目標語音信號的可信度輸出；當多個入射角度屬於目標 語音的入射角度範圍時，將屬於該範圍的入射角度所對應的較大的可信度作為 存在目標語音信號的可信度，例如，如果"和"屬於目標語音的入射角度範 圍，則將^2對應的可信度為20%作為存在目標語音信號的可信度輸出。如果 沒有入射角度落在這個入射角度範圍內，則存在目標語音信號的可信度為0。 存在目標語音的可信度可以用CR表示。
CR的值可以控制自適應濾波單元13、單通道語音增強單元14和自動增 益控制單元15的工作狀態。
ii如果設置了自適應濾波單元13的話，則自適應濾波單元13用於利用CR 控制自適應濾波係數的更新，根據經過控制的自適應濾波係數，對波束形成單 元ll輸出的增強後的目標語音信號d(k)和消弱後的目標語音信號u(k)進行自適 應濾波處理。其中，利用CR控制自適應濾波係數的更新的操作具體包括通 過CR確定自適應濾波係數的更新步長，例如，可以將自適應濾波係數的更新 步長設置為1一CR的值，通過更新步長控制自適應濾波係數的更新。
該自適應濾波單元13的輸入信號為利用波束形成進行空間分離後的兩路 信號d(k)和u(k),其中d(k)作為自適應濾波單元13的主信號。利用u(k)^t擬 d(k)中的噪聲成分，並才艮據該^t擬噪聲成分去除d(k)中的噪聲成分，得到消除 噪聲後的信號s(k)。該自適應濾波單元13能正常工作的前提條件是u(k)中主要 包含噪聲成分，否則會造成目標語音的失真，本發明實施例通過目標語音可信 度確定單元12對自適應濾波單元13的自適應濾波係數更新進行控制，保證只 有在u(k)的主要成分為噪聲時才進行係數更新。該自適應濾波單元13的工作 原理如圖6所示，具體如下
如果CR很大，則更新步長會很小，則自適應濾波單元13可以不進行系 數更新。自適應濾波單元13根據原有的自適應濾波係數，對所述波束形成單 元11所得到的d(k)和u(k)進行自適應濾波處理，輸出6(^)=4^)-3#)。
如果CR很小，則更新步長會很大，則自適應濾波單元13需要進行係數 更新。自適應濾波單元13進行係數更新，並利用更新後的濾波係數對所述波 束形成單元12所得到的d(k)和u(k)進行自適應濾波處理，輸出e(A:^《A:)-XA:)。
自適應濾波單元13可以採用時域自適應濾波，也可以採用頻域自適應濾 波。採用頻域自適應濾波時，信號要分幀處理。由於長序列截短後分塊處理再 合併，需要採用重疊相加法或者重疊保留法避免混疊。以重疊保留法為例進行 說明係數更新的情況
首先，假設採用自適應濾波單元13的階數是M,記為w(k),釆用重疊保 留法，為避免混疊，卩誇M階的濾波器擴展M個0,組成N-2M個係數的濾波器，FFT後得到濾波器的頻域係數向量為:
0
.................................................公式[8]
接著考慮輸入信號，將上一幀和當前幀合併為一個大幀，如下所示: 二 —M-M)，…,卓M-1)， ，M)，…，m(A:M + M-1)
上一幀(記為k-l) 當前幀(記為k)
.............................................................公《[9]
其中^fc)為合併後的大幀，長度為N。 將5(it)做FFT變換，轉換到頻域有
.............................................公式[io]
然後採用重疊保留法，對輸入信號進行濾波(即是時域上的巻積，或者頻 域上的相乘)，即有
= [w^oj&m + i)，..">^m + m -1)] 公式riu
其中，IFFT結果取前M個點。 假如參考信號用3(A:)表示，即
3(yt) AM)，d(M/+l),.."《AM+M—1)] 公式[12] 則誤差信號為
,《AM+l)，.."e(W+M_l)]
=浙)-3fe) ....................公式[13]
經過FFT，得到頻域的誤差信號矢量為
0 _
-e("」.........................................公式[14]
在頻域中，自適應濾波單元13係數矢量的更新量是通過計算誤差信號矢 量和輸入信號矢量的相關性確定的。由於線性相關/人形式上看相當與一個逆的 線性巻積，所以，藉助於時域的巻積在頻域上有FFT的快速算法，根據重疊保
五(A:) = F屍r留法，有:
= /i^T[C/"(IFFT結果取前M個點) .................................................................................公《[15]
其中，自適應濾波單元13係數矢量的更新量為^t),誤差信號矢量為五("， 輸入信號矢量為t/H("。
最後利用^t)來更新自適應濾波單元13係數，注意到頻域的濾波器係數是 將時域係數後面補零然後通過FFT變換生成的。所以相應的，就得到了濾波器 係數更新的頻域形式，如下
,+i) = ,)+/^r
o
.................................公式[16]
實驗表明，通過語音^r測單元對自適應濾波單元13的工作狀態進行控制， 自適應濾波單元13在麥克風輸入線路無聲的特殊情況下也不會錯誤收斂，保 證了其正常工作。
單通道語音增強單元14,用於利用可信度CR對語音存在概率進行加權， 並利用加權得到的語音存在概率，對經過波束形成處理後得到的目標語音信號 進行單通道語音增強處理。其中，如果設置了自適應濾波單元13,則單通道語 音增強單元14的輸入信號為s(k)，否則，為d(k)。
當設置了自適應濾波單元13時，所述單通道語音增強單元14包括
加權單元，用於利用CR對語音存在概率進行加權。
幅度增益值確定單元，用於根據噪聲方差、語音方差、語音不存在時的增 益值，以及經過所述加權單元處理得到的語音存在概率，計算自適應濾波處理 後得到的目標語音信號的頻譜分量的幅度增益值。
增強處理單元，用於根據計算得到的頻i普分量的幅度增益值，對經過自適 應濾波處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理，得到進一步消除 了噪聲的增強後的目標語音信號。
單通道語音增強單元14可以進一步去除d(k)中的噪聲成分，提高語音質量。單通道語音增強算法需要在噪聲消除和語音失真之間折中。本發明實施例
通過CR對單通道語音增強單元14的去噪強度作了控制，主要通過CR來影響 單通道語音增強算法中的語音存在概率，來控制單通道語音增強單元14的去 噪強度。
本發明實施例釆用的單通道語音增強算法是基於短時譜調整算法。短時譜 調整法的基本原理是利用語音的概率分布，對當前幀帶噪語音的每一個頻語 分量的幅度值進行約束，乘以一個係數G[W，如下所示
formula see original document page 15其中s(/t)表示帶噪的目標語音信號，r(jt)表示增強後的目標語音信號。
顯然，信噪比高時，含有語音的可能性大，衰減小；反之，則認為含有的 語音可能性小，衰減則增大。從而實現降噪、語音增強的作用。即如下式所示
G[W = I m]) + Gmin.(l-P(//1[WI y[W》…….公式[18]
其中G[W表示頻域每個頻帶(bin)的增益，A[A:]表示估計的噪聲方差， 4m表示估計的語音方差，P(《[WIJ^])表示估計的語音存在概率。Gmin表
示語音不存在時將增益設為的一個小量。"表示一個常量，取值範圍為
。
由於目標語音可信度確定單元12藉助麥克風陣列的多麥克風的優勢，對 於目標語音是否存在的判斷更為準確，所以可以當目標語音可信度確定單元12 將目標方向的語音和其他方向的非穩態幹擾噪聲分辨出來後，在單通道語音增 強算法中根據信噪比估計目標語音存在概率時，藉助目標語音可信度確定單元 12的判決結果對目標語音存在概率進行加權，這樣可以幫助單通道語音增強算 法提高消除非穩態噪聲的能力。
單通道語音增強算法中的語音存在概率可以在現有方法計算結果的基礎 上用目標語音可信度確定單元12的輸出結果CR來進行加權，即如下式所示
/7'(^網爪〗)"問,爪])C/ .............................公式[19〗其中p'(A[A:]ir[A:])為改進的語音存在概率。這樣，估計的增益也相應更新
為
G[W =(義[C Ir[") + ,(1 — P'("'[W1 yW))公式[20]
單通道語音增強單元14的基本原理圖如圖7所示，具體如下
首先，將帶躁語音s("-s'(A:) + "("做分析窗處理，具體操作時，可以將
s(A)與上一幀輸入合併成一個長度為2N的大幀，用正弦窗窗函數對該大幀加
權處理。
然後，將經過分析窗處理後得到的帶躁語音幀，經FFT變換，轉換到頻域， 得到。
其次，利用公式[17]將得到的^),乘以一個增益係數G[W，得到^'W。 可以看出，該增益係數G[W是利用CR來控制的，例如，若存在目標語音， 則根據上述公式[19],利用CR，對語音存在概率進行加權處理；然後根據公式 [20],利用經過加權處理後得到的語音存在概率、噪聲方差、語音方差、語音 不存在時的增益值，計算信號的頻譜分量的幅度增益值G[們。
然後，將s'(A:)經IFFT變換，轉換到時域；再進行綜合窗處理，窗函數可 以選擇正弦窗。
最後，將經過綜合窗處理得到的時域,Ot)的前一半結果與上一幀保存的結 果，進行重疊相加處理，將得到的結果作為最終的輸出信號。
單通道語音增強單元14的輸出為進一步去除了穩態噪聲的信號,Ot)，進 一步可以作為自動增益控制單元15的輸入信號。
自動增益控制單元15,用於根據可信度CR,對經過單通道語音增強處理 後得到的目標語音信號進行自動增益控制。
具體地，自動增益控制單元15可以包括幀間平滑處理子單元，進一步 還可以包括幀內平滑處理子單元。
幀間平滑處理子單元，用於根據可信度CR，確定目標語音信號的即時增
1益；對所述目標語音信號的即時增益，進行幀間平滑處理。
幀內平滑處理子單元，用於對經過幀間平滑處理得到的目標語音信號，進 行幀內平滑處理。
自動增益控制單元15,通過調節輸出信號的幅度，對經過單通道語音增強 處理得到的增強目標語音信號進行自動增益控制。其可以採用自動增益控制 (AGC, Automatic gain control)模塊，不過本發明實施例方案中使用AGC與 傳統意義上的AGC有所不同傳統意義上的AGC是要將較強的信號壓低，較 弱的信號抬高，使得輸出信號強度比較均勻；而本發明實施例方案是利用AGC 在目標語音存在的可信度CR來選擇不同的增益，進一步抑制噪聲強度，即 gain—tmp=max ( CR, 0.3 )。其中，gain_tmp為當前信號幀的即時增益。
例如，當CR為1時，說明目標語音存在的可信度很高，則gain一tmp=l， 給予較大的增益；當CR為0時，說明目標語音不存在，貝'J gain—tmp=0.3，給 予較小的增益。
考慮到增益突然增大或者減小的時候，信號幅度也會突然增大和減小，這 樣就會帶來一些人耳能感覺到的噪聲。平滑增益可以緩和這種變化，避免輸出 信號幅度的階越式跳變。能夠使人耳基本感覺不到增益變化帶來的噪聲，因此， 需要幀間平滑處理子單元對gain一tmp進行幀間平滑，得到平滑後的增益gain。 如下式所示
g。/" = go/"*a+gi >7—or) 公式[21] 公式[21]中的a是一個平滑因子，需要仔細選擇，AGC的理論中，增益變 化在50ms完成，不會產生幅度突變帶來的噪聲。如果使用8k的採樣率，50ms 對應400個樣點，本發明實施例方案中一幀信號為128個樣點，也就是說，增 益的突變只要能平滑到4幀即可。即平滑因子的最小值為c^-0.75。
另外，考慮到保護語音質量為首要因素，因此採取快升慢降的策略。即， 只要發現目標語音存在的可信度CR為1，則增益就迅速上升；發現目標語音 不存在，增益緩慢下降。這個也是通過給"設置不同的值實現的，即當CR為1時"=0.75;
當目標語音不存在時"=0.95。
為了進一步避免自動增益控制引起的幅度變化帶來的噪聲，幀間平滑處理 子單元在幀間平滑的基礎上，進一步對經過幀間平滑處理得到的目標語音信 號，作了幀內平滑，通過斜坡函數實現。如下式所示
伊/"'(/)畫Z)(/)ga/"一oAi+(1 -6(/))ga/"—"ew / = 0~M—1.........公式[22]
其中ga/" —oW為上一幀啦文了幀間平滑後的gain, g"/"—"ew為當前幀4故了 幀間平滑後的gain, gain'(i)對應當前幀內做了幀內平滑後的每個樣點的增益， 幀長為M=128。
斜坡函數定義為"0=1-z7M, (M為一幀數據長度)，如圖8所示。 可以看出，由於斜坡函數在開始時對於上一幀的gain給較大權值，對於當 前幀的gain給較小權值；而在末尾時正好相反。因此可以有效地平滑增益突變 的影響。 '
最後，用做了幀間平滑和幀內平滑的增益去調整單通道語音增強單元14 的輸出信號s，(k)，得到最終的輸出信號
s"(k)=s,(k)gain，(k)..................................................公式[23]
下面介紹一下本發明實施例提供的較佳的方法。
參見圖9，本發明實施例提供的一種噪聲消除方法包括步驟
5101、 對麥克風陣列釆集到的信號進行波束形成處理，得到增強後的目標 語音信號和消弱後的目標語音信號。
5102、 通過計算麥克風陣列採集到的信號的最大互相關值，確定目標語音 信號相對於麥克風陣列的入射角度。
具體地，通過計算麥克風陣列採集到的信號的最大互相關值，確定目標語 音信號到達麥克風陣列中不同麥克風的時間差；通過時間差確定目標語音信號 相對於麥克風陣列的入射角度。
5103、 通過將入射角度與預先設置的目標角度範圍進行比較，確定存在目標語音信號的可信度。
5104、 利用存在目標語音信號的可信度控制自適應濾波係數的更新，根據 經過控制的自適應濾波係數，對波束形成處理後的目標語音信號進行自適應濾 波處理。
5105、 利用存在目標語音信號的可信度對語音存在概率進行加權，並利用 加權得到的語音存在概率，對經過自適應濾波處理後得到的目標語音信號進行 單通道語音增強處理。
5106、 根據存在目標語音信號的可信度，對經過所述單通道語音增強處理 後得到的目標語音信號進行自動增益控制。
綜上所述，本發明實施例提出了一種新的麥克風陣列的噪聲消除技術，不 僅能消除環境噪聲，亦能消除目標語音方向以外的其它聲音，包括其它方向的 語音等。並且，在最大限度消除周圍噪聲的同時，可以保證目標語音的質量不 受影響。對於目標語音與強烈噪聲幹擾共存的情況下，仍然能準確檢測出語音 的存在，從而控制整個系統不會錯誤衰減目標語音。
明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及 其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1、一種噪聲消除方法，其特徵在於，該方法包括對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理，並且，在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度；利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並利用加權得到的語音存在概率，對經過所述波束形成處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理。
2、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在利用麥克風陣列採集到 的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度的步驟 包括通過計算麥克風陣列採集到的信號的最大互相關值，確定目標語音信號到達所述麥克風陣列中不同麥克風的時間差；通過所述時間差確定目標語音信號相對於所述麥克風陣列的入射角度； 通過將所述入射角度與預先設置的目標語音的入射角度範圍進行比較，確定存在目標語音信號的可信度。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述入射角度包括多個入 射角度；並且，預先按照入射角度所對應的最大互相關值從大到小的順序，分 別設置由高到低的多個可信度，其中，最大互相關值越大，對應的可信度越高；通過將所述入射角度與預先設置的目標語音的入射角度範圍進行比較，確 定存在目標語音信號的可信度的步驟包括通過比較多個入射角度所對應的最大互相關值的大小，確定各個入射角度 所對應的可信度；將多個入射角度與預先設置的目標語音的入射角度範圍進行比較，當一個入射角度屬於所述目標語音的入射角度範圍時，將該入射角度所對 應的可信度作為存在目標語音信號的可信度；當多個入射角度屬於所迷目標語音的入射角度範圍時，將屬於該範圍的入 射角度所對應的較大的可信度作為存在目標語音信號的可信度。
4、 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，經過所述波束形成處理後 得到的目標語音信號包括增強後的目標語音信號和消弱後的目標語音信號；所述波束形成處理之後，單通道語音增強處理之前，該方法還包括 利用所述可信度控制自適應濾波係數的更新，才艮據經過控制的自適應濾波係數，對所述增強後的目標語音信號和消弱後的目標語音信號進行自適應濾波處理。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，利用所述可信度控制自適 應濾波係數的更新的步驟包括通過所述可信度確定自適應濾波係數的更新步長，通過該更新步長控制自 適應濾波系悽t的更新。
6、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，利用加權得到的語音存在 概率，對經過所述自適應濾波處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強 處理的步驟包括根據噪聲方差、語音方差、語音不存在時的增益值，以及經過所述加權得 到的語音存在概率，計算自適應濾波處理後得到的目標語音信號的頻譜分量的 幅度增益值；根據計算得到的頻譜分量的幅度增益值，對經過自適應濾波處理後得到的 目標語音信號進行單通道語音增強處理，得到增強後的目標語音信號。
7、 根據權利要求1至6任一權利要求所述的方法，其特徵在於，所述單 通道語音增強處理之後，該方法還包括根據所述可信度，對經過所述單通道語音增強處理後得到的目標語音信號 進行自動增益控制。
8、 一種噪聲消除系統，其特徵在於，該系統包括 波束形成單元，用於對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理；目標語音可信度確定單元，用於在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度；單通道語音增強單元，用於利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並 利用加權得到的語音存在;f既率，對經過所迷波束形成處理後得到的目標語音信 號進行單通道語音增強處理。
9、 根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述目標語音可信度確定 單元包括聲源定位單元，用於通過計算麥克風陣列採集到的信號的最大互相關值， 確定目標語音信號到達所述麥克風陣列中不同麥克風的時間差，通過所述時間 差確定目標語音信號相對於所述麥克風陣列的入射角度；目標檢測單元，用於通過將所述入射角度與預先設置的目標語音的入射角 度範圍進行比較，確定存在目標語音信號的可信度。
10、 根據權利要求8所述的系統，其特徵在於，所述波束形成單元，對麥 克風陣列採集到的信號進行波束形成處理後，得到增強後的目標語音信號和消 弱後的目標語音信號；在所述波束形成單元和所述單通道語音增強單元之間，所述系統還包括 自適應濾波單元，用於利用所述可信度控制自適應濾波係數的更新，根據經過控制的自適應濾波係數，對所述增強後的目標語音信號和消弱後的目標語音信號進行自適應濾波處理。
11、 根據權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述單通道語音增強單 元包括加權單元，用於利用所述可信度對語音存在概率進行加權； 幅度增益值確定單元，用於根據噪聲方差、語音方差、語音不存在時的增益值，以及經過所述加權得到的語音存在概率，計算自適應濾波處理後得到的目標語音信號的頻譜分量的幅度增益值；增強處理單元，用於根據計算得到的頻譜分量的幅度增益值，對經過自適應濾波處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理，得到增強後的目 標語音信號。
12、根據權利要求8至11任一權利要求所述的系統，其特徵在於，該系 統還包括自動增益控制單元，用於4艮據所述可信度，對經過所述單通道語音增強處 理後得到的目標語音信號進行自動增益控制。
全文摘要
本發明公開了一種噪聲消除方法及系統，用以在保證目標語音質量不受影響的同時，提高噪聲消除效果。本發明提供的一種噪聲消除方法包括對麥克風陣列採集到的信號進行波束形成處理，並且，在利用麥克風陣列採集到的信號定位到目標語音信號的情況下，確定存在目標語音信號的可信度；利用所述可信度對語音存在概率進行加權，並利用加權得到的語音存在概率，對經過所述波束形成處理後得到的目標語音信號進行單通道語音增強處理。
文檔編號G10L21/02GK101510426SQ20091008081
公開日2009年8月19日 申請日期2009年3月23日 優先權日2009年3月23日
發明者馮宇紅, 晨 張 申請人:北京中星微電子有限公司