專利名稱：次波帶指數(shù)平滑噪聲消除系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪聲消除和減小，并且更具體地，涉及使用次波帶處理和指數(shù)平滑的噪聲消除和減小。
背景技術(shù)：
被附加給語音的環(huán)境噪聲降低了語音處理算法的性能。這種處理算法可包括口授(dictation)、語音激活、語音壓縮和其它系統(tǒng)。環(huán)境噪聲亦降低聲音和語音的質(zhì)量和可理解性。在這樣的系統(tǒng)中，需要不影響語音及其特征而減小噪聲并提高信噪比(S/N比)。
相近領(lǐng)域的噪聲消除話筒提供了令人滿意的解決，但需要話筒位于語音源(例如，嘴)附近。在許多情況下，這是通過在耳機(jī)的吊桿上安裝話筒而實(shí)現(xiàn)的，所述耳機(jī)使話筒位于佩戴者嘴附近的吊桿末端處。然而，耳機(jī)已被證實(shí)不是佩戴不舒服，就是對(duì)在例如汽車內(nèi)的操作過于限制。
一般的話筒陣列技術(shù)和具體的自適應(yīng)射束形成陣列，以最有效的方式處理嚴(yán)重的定向噪聲。這些系統(tǒng)繪制噪聲場(chǎng)并生成向噪聲源的靜音點(diǎn)(null)。靜音點(diǎn)的數(shù)量由話筒單元的數(shù)量和處理能力來限定。這種陣列具有無需耳機(jī)而進(jìn)行不需要手的操作的好處。
然而，當(dāng)噪聲源被擴(kuò)散(diffused)時(shí)，自適應(yīng)系統(tǒng)的性能將被減小到有規(guī)律延遲與和(sum)話筒陣列的性能，其不是總令人滿意的。當(dāng)環(huán)境相當(dāng)回響時(shí)，如當(dāng)噪聲從房間的墻被強(qiáng)烈反射并且從無限數(shù)量的方向到達(dá)陣列時(shí)，情況是這樣的。在汽車環(huán)境中，情況也是這樣的，這是由于一些噪聲從汽車底盤被輻射。陣列解決的另一個(gè)不利方面是它需要多個(gè)話筒，其對(duì)解決的物理尺寸和價(jià)格有影響。它亦消除了給現(xiàn)有系統(tǒng)提供噪聲減小能力的能力，所述系統(tǒng)已具有一個(gè)所實(shí)施的話筒并不能被附加另外的話筒。
進(jìn)一步減小噪聲的一個(gè)所提出的解決是譜相減技術(shù)，其估算被污染信號(hào)的噪聲幅度譜，通過在由語音開關(guān)檢測(cè)的非聲音時(shí)間間隔期間測(cè)量它，然后從該信號(hào)減去噪聲幅度譜。被具體描述于Suppression ofAcoustic Noise in Speech Using Spectral Subtraction(使用譜線相減的聲音中噪聲的抑制)(Steven F Boll，IEEE ASSP-27 NO.21979年4月)的這種方法實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不與聲音信號(hào)相關(guān)的靜止擴(kuò)散噪聲的好的結(jié)果。然而，譜線相減方法生成了有時(shí)被描述為音樂噪聲的假象，其可降低聲音算法(如語音記錄或語音激活)的性能，如果譜線相減是不受控制的。
另一個(gè)問題是FFT結(jié)果的幅度計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的。這涉及平方和平方根計(jì)算，其就計(jì)算負(fù)荷來說是很貴的。還有一個(gè)問題是為了獲得用于IFFT的信息，使相位信息與無噪聲的幅度譜的關(guān)聯(lián)。這個(gè)過程需要計(jì)算相位、存儲(chǔ)信息以及將信息應(yīng)用于幅度數(shù)據(jù)，所有的一切就計(jì)算和存儲(chǔ)器要求來說是貴的。縮短FFT結(jié)果的長(zhǎng)度導(dǎo)致每個(gè)元(bin)的較寬的帶寬和較好的穩(wěn)定性，但降低了系統(tǒng)的性能。而且，在時(shí)間上的平均抹去了數(shù)據(jù)并且為了這個(gè)原因，不能被擴(kuò)展到多于幾幀。
改進(jìn)的譜線減法技術(shù)已被提出于1999年2月18日提交的U.S.專利序列號(hào)09/252,874。改進(jìn)的系統(tǒng)具有閾值檢測(cè)器，其通過確定輸入信號(hào)的頻譜元素或元是否處于在時(shí)間的預(yù)設(shè)周期上依照頻譜元素的最小值設(shè)定的閾值內(nèi)，從而精確地檢測(cè)噪聲元素的位置，即使是在連續(xù)的聲音段內(nèi)。更精確的是頻譜元素的當(dāng)前和將來最小值。這樣，對(duì)于每個(gè)音節(jié)，噪聲元素的能量通過沒有整個(gè)信號(hào)能量檢查的分離的閾值確定而被確定，由此提供對(duì)噪聲好且穩(wěn)定的估算。另外，該系統(tǒng)優(yōu)選地連續(xù)設(shè)定所述閾值，并在例如五秒的時(shí)間的預(yù)定周期內(nèi)重設(shè)該閾值。
為了減小譜線估算的不穩(wěn)定性，進(jìn)行二維(2D)平滑過程的改進(jìn)的譜線相減技術(shù)被應(yīng)用于信號(hào)估算。在每個(gè)時(shí)間幀中使用第一相鄰頻率元然后應(yīng)用指數(shù)時(shí)間平均、導(dǎo)致對(duì)每個(gè)頻率元在時(shí)間上的平均，這個(gè)兩步平滑功能產(chǎn)生了極好的結(jié)果。
為了減小在相減過程中確定頻率元相位的復(fù)雜度以由此對(duì)準(zhǔn)相減元素的相位，改進(jìn)技術(shù)應(yīng)用了濾波乘法(filter multiplication)以實(shí)現(xiàn)所述相減。濾波函數(shù)，例如維納濾波函數(shù)，或維納濾波的近似，被乘以頻域音頻信號(hào)的復(fù)(complex)數(shù)據(jù)。
然而，這些譜線相減技術(shù)仍需要復(fù)雜且在計(jì)算上強(qiáng)化的FFT計(jì)算，以便于當(dāng)在頻域中時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。附加給計(jì)算時(shí)間的是等待時(shí)間，當(dāng)在進(jìn)行計(jì)算前等待足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)/采樣到緩沖器時(shí)，它導(dǎo)致該等待時(shí)間。這個(gè)等待時(shí)間的問題導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的延遲，其可導(dǎo)致實(shí)時(shí)應(yīng)用中的困難。還有，2D平滑過程減少了假象(亦已知為音樂噪聲)，但它們將仍是可聽見的，特別是當(dāng)語音不存在時(shí)。在安靜的部分，這個(gè)殘留噪聲在本質(zhì)上聽起來是人為的，并且聽上去可以是令人討厭的。
發(fā)明目的和概述因此，本發(fā)明的目的是提供次波帶時(shí)域噪聲消除系統(tǒng)，其具有簡(jiǎn)單而有效的機(jī)構(gòu)以估算并減去噪聲，即使是在差的信噪比情況下并且在連續(xù)快速聲音的情況下。
本發(fā)明的另一目的是提供有效的機(jī)構(gòu)，其通過減小相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)中的等待時(shí)間問題而提高處理能力。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供有效的機(jī)構(gòu)，其去除在相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)中的殘留(音樂)噪聲問題。
依照以上目的，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，其正確地確定音頻信號(hào)的非語音段，由此防止錯(cuò)誤地處理語音段內(nèi)的噪聲消除信號(hào)。
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了輸入，用于輸入包括噪聲信號(hào)分量的數(shù)字信號(hào)；波帶分離器，用于將數(shù)字輸入信號(hào)分為許多頻率被限制的時(shí)域信號(hào)次波帶；許多噪聲處理器，其對(duì)應(yīng)于每個(gè)次波帶以使數(shù)字輸入信號(hào)中的噪聲信號(hào)分量被消除；以及組合器，用于將噪聲被處理的次波帶組合為數(shù)字輸出信號(hào)。
本發(fā)明的特定方面是，輸入射束由波帶分離器分為許多有限頻率的次波帶，優(yōu)選為16個(gè)均勻間隔的波帶，以使噪聲處理在每個(gè)頻帶上分別進(jìn)行。通過將波帶分為例如16個(gè)通道，本發(fā)明減小了欲由噪聲處理器處理所需的采樣速率。將理解，不僅是這個(gè)系統(tǒng)更加可管理，而且通過例如調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)于給定波帶內(nèi)期望噪聲水平的各個(gè)閾值處理參數(shù)，噪聲處理器可對(duì)每個(gè)頻率而被分別最優(yōu)化。波帶分離器為例如DFT濾波器組(bank)，其使用單邊帶調(diào)制以分離數(shù)字輸入信號(hào)。
每個(gè)噪聲處理器均由指數(shù)平均器、噪聲估算器和相減處理器組成。指數(shù)平均器在先前平均值和當(dāng)前輸入值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上計(jì)算滾動(dòng)平均(rolling average)輸入值。噪聲估算器通過在先前噪聲值和當(dāng)前輸入值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上進(jìn)行指數(shù)平滑而產(chǎn)生波帶噪聲值。假定當(dāng)前輸入被考慮為噪聲，如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定倍數(shù)的當(dāng)前最小值大，則噪聲估算器不使用該輸入來確定新的噪聲估算。相減處理器在滾動(dòng)平均輸入值和波帶噪聲值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生濾波系數(shù)H，并且用濾波系數(shù)乘以當(dāng)前輸入值，以產(chǎn)生噪聲被消除的值。
另外，相減處理器可進(jìn)行最小濾波系數(shù)閾值功能。如果計(jì)算值低于特定最小值，則這個(gè)特定最小值被用實(shí)際的計(jì)算值替換。這個(gè)閾值可被用于控制噪聲減小量。另外，如果當(dāng)前輸入比預(yù)定倍數(shù)的噪聲閾值小，則進(jìn)行濾波系數(shù)的指數(shù)平滑。
本發(fā)明可用于各種噪聲消除系統(tǒng)，包括但不局限于被描述于在此引入作為參考的U.S.專利申請(qǐng)中的那些系統(tǒng)。例如，本發(fā)明可用于蜂窩電話、個(gè)人數(shù)字助理(PDA)、音頻應(yīng)用、汽車音響、耳機(jī)和話筒陣列。另外，本發(fā)明可被實(shí)施為計(jì)算機(jī)程序，用于驅(qū)動(dòng)作為應(yīng)用軟件被安裝或作為硬件的計(jì)算機(jī)處理器。
附圖簡(jiǎn)述參照被與附圖一起考慮的以下詳述，將容易獲得對(duì)本發(fā)明和許多其伴隨的優(yōu)點(diǎn)的較完整理解，在附圖中

圖1示出本發(fā)明的次波帶噪聲消除系統(tǒng)；圖2示出本發(fā)明的波帶分離單元；圖3示出本發(fā)明的噪聲處理單元；圖4示出本發(fā)明的噪聲估算過程；圖5示出本發(fā)明的相減過程；以及圖6示出本發(fā)明的組合單元。
詳述圖1示出本發(fā)明100的實(shí)例。該系統(tǒng)在輸入102處接收以至少音頻信號(hào)帶寬兩倍的頻率而被采樣的數(shù)字音頻信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，該信號(hào)從話筒信號(hào)得到，該話筒信號(hào)已通過模擬前端、A/D轉(zhuǎn)換器和抽取(decimation)濾波器而被處理以獲得所需采樣頻率。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入是從射束形成器或甚至自適應(yīng)射束形成器的輸出取得的。在此情況下，信號(hào)已被處理以消除從不是所需方向的方向到達(dá)的噪聲，而主要剩下源自與所需方向相同的方向的噪聲。在又一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)處理在PC處理器或類似的計(jì)算機(jī)處理器上被實(shí)施時(shí)，輸入信號(hào)可從聲音板(sound board)獲得。
然后輸入信號(hào)102被傳遞經(jīng)過波帶分離器104，其將信號(hào)分為16個(gè)時(shí)域次波帶信號(hào)Yn(Y0-Y15)。然后每個(gè)次波帶由相應(yīng)的噪聲處理器106n(1060-10615)處理。當(dāng)維持源(聲音)信號(hào)時(shí)，噪聲處理器起減小每個(gè)次波帶中噪聲信號(hào)的作用。噪聲處理技術(shù)特別適合于音樂噪聲的出現(xiàn)。然后16個(gè)噪聲被處理的次波帶由組合器108組合。組合器108輸出對(duì)應(yīng)于僅有被明顯減小的噪聲分量的輸入信號(hào)102的輸出數(shù)字音頻信號(hào)110。
本發(fā)明的特定方面是輸入射束102由波帶分離器104分為許多頻率被限制的次波帶以使噪聲處理在每個(gè)頻帶上分別進(jìn)行。圖2示出本發(fā)明的波帶分離器200(圖1，單元104)。盡管各種波帶分離技術(shù)可被采用，但優(yōu)選的是，使用單邊帶調(diào)制的通用DFT濾波器組被采用，如被描述于例如“Multirate Digital Signal Processing(多速率數(shù)字信號(hào)處理)”，Ronald E.Crochiere，Prentice Hall SignalProcessing Series(信號(hào)處理系列)，或“Multirate digitalsFilters，F(xiàn)ilter Banks，Polyphase Networks，and Application ATutorial(多速率數(shù)字濾波器、濾波器組、多相網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用A指南)”，P.P.Vaidyanathan，Proceedings of the IEEE，Vol.78，No.1，1990年1月。波帶分離器的目的是將輸入信號(hào)分為多個(gè)有限頻帶，優(yōu)選為16個(gè)均勻間隔的波帶。本質(zhì)上，波帶分離一次處理例如8個(gè)輸入點(diǎn)，導(dǎo)致16個(gè)輸出點(diǎn)，每個(gè)表示每個(gè)頻帶一個(gè)時(shí)域采樣。當(dāng)然，如將為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，依賴于系統(tǒng)的處理能力，其它量的采樣可被處理。
更具體地，輸入信號(hào)102被采集為8個(gè)輸入點(diǎn)202，其被存儲(chǔ)于表示128點(diǎn)輸入矢量的128抽頭(tap)延遲線204，其通過乘法器206被乘以128點(diǎn)復(fù)系數(shù)預(yù)設(shè)計(jì)濾波器208的系數(shù)。通過將乘法結(jié)果存儲(chǔ)于128點(diǎn)緩沖器210并使用加法器212求第一16個(gè)點(diǎn)與第二16個(gè)點(diǎn)等的和，128復(fù)點(diǎn)結(jié)果矢量被折疊(fold)。被稱為混疊(aliasing)序列214的折疊結(jié)果通過16點(diǎn)快速傅立葉變換(FFT)216被處理。FFT的輸出通過乘法器218被乘以16點(diǎn)調(diào)制系數(shù)循環(huán)緩沖器220的調(diào)制系數(shù)。包含例如8組的16個(gè)系數(shù)的循環(huán)緩沖器，每個(gè)循環(huán)選擇一個(gè)新組。乘法結(jié)果的實(shí)部分作為被請(qǐng)求的16點(diǎn)輸出224被存儲(chǔ)于實(shí)緩沖器222。將理解，盡管特定的變換被用于優(yōu)選實(shí)施例，當(dāng)然應(yīng)理解，其它變換亦可被應(yīng)用于本發(fā)明以獲得次波帶。
每個(gè)頻率被限制的次波帶Yn302(224)由相應(yīng)的噪聲處理器300(106n)處理。圖3為對(duì)噪聲處理器300之一的具體描述。每個(gè)噪聲處理器都包括指數(shù)平均器304、噪聲估算器308和相減處理器306。次波帶信號(hào)被饋給每個(gè)這些單元，用于連續(xù)的處理。首先，依照方程1，指數(shù)平均器304產(chǎn)生平均輸入值YAn。
YAn＝0.95*YAn+0.05|Yn(t)| (1)用于指數(shù)平均的時(shí)間常數(shù)典型地為0.95，其可被理解為取最后20幀的平均。這個(gè)平均輸入值然后被傳遞給噪聲估算器308，隨后是相減處理器306，其在以下被描述。
圖4為噪聲處理器308的具體描述。理論上，應(yīng)通過在非語音時(shí)間間隔上取信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)間平均來估算噪聲。這需要聲音開關(guān)被用于檢測(cè)語音/非語音間隔。然而，過于靈敏的開關(guān)可導(dǎo)致用于噪聲估算的語音信號(hào)的使用，其將降級(jí)聲音信號(hào)。另一方面，較不靈敏的開關(guān)可明顯減小噪聲時(shí)間間隔的長(zhǎng)度(特別是在連續(xù)語音的情況下)并影響噪聲估算的有效性。
在本發(fā)明中，分離的自適應(yīng)閾值被實(shí)施用于每個(gè)次波帶402。這允許每個(gè)頻率被限制的次波帶中的噪聲分量被單獨(dú)處理。因此有可能將不靈敏的閾值用于噪聲，而為每個(gè)元定位許多非語音數(shù)據(jù)點(diǎn)，即使是在連續(xù)語音的情況下。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，它允許為噪聲的好且穩(wěn)定的估算采集許多噪聲段，即使是在連續(xù)的語音段中。
在閾值確定過程中，對(duì)于每個(gè)次波帶，兩個(gè)最小值被計(jì)算。將來最小值用當(dāng)前值|Yn(t)|(Y的絕對(duì)值)在404處每5秒初始化一次，并通過以下過程在接下來的5秒內(nèi)用較小的最小值替換。每個(gè)波帶的將來最小值被與信號(hào)的當(dāng)前值比較。如果當(dāng)前值小于將來最小值，則將來最小值被用該值替換，其成為新的將來最小值。
同時(shí)，當(dāng)前最小值在406處被計(jì)算。當(dāng)前最小值被用在先前5秒內(nèi)確定的將來最小值每5秒初始化一次，并通過比較它的值與當(dāng)前值，在接下來5秒遵循信號(hào)的最小值。當(dāng)前最小值由相減過程使用，而將來最小值被用于初始化和更新當(dāng)前最小值。
本發(fā)明的噪聲估算機(jī)理確保了以有限的存儲(chǔ)器需要(5秒)進(jìn)行對(duì)噪聲值的緊密(tight)且快速的估算，而防止了對(duì)噪聲的過高估算。
每個(gè)次波帶的值|Yn(t)|通過比較器408被與那個(gè)次波帶當(dāng)前最小值的四倍進(jìn)行比較，該比較器起到那個(gè)次波帶的自適應(yīng)閾值的作用。如果值在該范圍內(nèi)(因此在閾值以下)，它被允許作為噪聲并被指數(shù)平均單元410使用，其確定那個(gè)次波帶的噪聲Nn412的水平。如果值在閾值以上，則該值被舍棄(即，它不被用于噪聲估算)。用于指數(shù)平均的時(shí)間常數(shù)典型地為0.95，其可被理解為取最后20幀的平均。對(duì)于一些應(yīng)用，4*最小值的閾值可被改變。
圖5為相減處理器500(306)的具體描述。在直接方法中，所估算的次波帶噪聲的值從當(dāng)前平均輸入值被減去。在本發(fā)明中，該相減被理解為由濾波器Hn(濾波系數(shù))進(jìn)行的濾波乘法。依照方程2，Hn由濾波計(jì)算器504計(jì)算。Hn=YAn-NnYAn---(2)]]>其中YAn為由指數(shù)平均器304計(jì)算的次波帶n的當(dāng)前平均值。Nn為由噪聲估算器308計(jì)算的次波帶n的當(dāng)前估算噪聲。
濾波器Hn然后通過調(diào)節(jié)/限制運(yùn)算被處理以確保適當(dāng)?shù)臑V波器值被使用。這些運(yùn)算由H指數(shù)平均器506和最小H限制器508進(jìn)行。首先，如果YAn小于估算噪聲Nn的兩倍，則依照方程3，濾波器由指數(shù)平均器506進(jìn)行指數(shù)平均。
Hn(t)＝0.9 5*Hn(t-1)+0.05Hn(t)(3)這種運(yùn)算在信號(hào)不明顯高于噪聲的周期內(nèi)平滑了濾波器。當(dāng)沒有聲音存在并且音樂噪聲最有可能出現(xiàn)并干擾時(shí)，情況是這樣的。平滑過程將消除這種音樂噪聲。第二運(yùn)算為硬限制閾值，其中如果Hn小于0.3，則最小H限制器508設(shè)定Hn＝0.3。對(duì)于當(dāng)噪聲相對(duì)于信號(hào)特別強(qiáng)時(shí)，這有效地設(shè)定了最小濾波器水平。這兩個(gè)運(yùn)算均是改進(jìn)，其被設(shè)計(jì)從而以被減少的假象來增強(qiáng)濾波性能并提供優(yōu)于相關(guān)領(lǐng)域處理技術(shù)的相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。
然后輸入次波帶502(302)在逐點(diǎn)的基礎(chǔ)上被乘以相應(yīng)的濾波系數(shù)Hn以產(chǎn)生輸出噪聲被處理的次波帶510(310)。
圖6示出本發(fā)明的組合器600(圖1，108)，其與上述次波帶分離技術(shù)是對(duì)稱的，即相反的。在此的目的是將噪聲被處理的信號(hào)的16個(gè)有限頻帶組合為一個(gè)寬帶輸出。該過程經(jīng)過逆快速傅立葉變換(IFFT)過程，但輸入和輸出兩者均為時(shí)域信號(hào)。示例實(shí)施例的組合單元處理每個(gè)表示每個(gè)頻帶1個(gè)時(shí)域采樣的16個(gè)輸入點(diǎn)602(510、310)，導(dǎo)致寬帶信號(hào)的8個(gè)輸出點(diǎn)604。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解，其它量的采樣輸入點(diǎn)可用于本發(fā)明。
更具體而言，新的16個(gè)輸入點(diǎn)602通過乘法器606被乘以16點(diǎn)解調(diào)濾波系數(shù)，該系數(shù)被存儲(chǔ)于包含例如8組的16個(gè)系數(shù)的解調(diào)系數(shù)循環(huán)緩沖器608，其中每個(gè)循環(huán)選擇一個(gè)新組。該結(jié)果通過16點(diǎn)IFFT610或任何等效變換被處理，并且這個(gè)IFFT的結(jié)果通過復(fù)制16點(diǎn)數(shù)據(jù)8次而被提取為128個(gè)復(fù)點(diǎn)。被存儲(chǔ)于緩沖器612的128點(diǎn)結(jié)果矢量通過乘法器614被乘以由預(yù)設(shè)計(jì)復(fù)濾波器616產(chǎn)生的128點(diǎn)復(fù)系數(shù)并被存儲(chǔ)于實(shí)緩沖器618。該結(jié)果的實(shí)部分由加法器620求和為128點(diǎn)循環(huán)歷史緩沖622，在其中最老的8個(gè)點(diǎn)被當(dāng)作結(jié)果604并且為組合過程接下來的迭代，在緩沖器622中被用零替換。
將理解，本發(fā)明以與8個(gè)一樣少的數(shù)據(jù)點(diǎn)202的組在連續(xù)的基礎(chǔ)上處理輸入數(shù)據(jù)。這提供了優(yōu)于相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)的處理能力的優(yōu)點(diǎn)，所述相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)在頻域中進(jìn)行處理并且在進(jìn)行FFT處理之前必須等到足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)例如1024個(gè)被累積。因此，本發(fā)明消除了大量在其它相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)中固有的等待時(shí)間。
有了本發(fā)明，次波帶噪聲相減系統(tǒng)被提供，其具有簡(jiǎn)單而有效的機(jī)構(gòu)以估算噪聲，即使是在差的信噪比情況下和在連續(xù)快速語音的情況下。提供了一個(gè)有效機(jī)構(gòu)，其以小成本進(jìn)行幅度估算并將克服處理等待時(shí)間的問題。提供了穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)以估算噪聲并防止音樂噪聲的生成。
本發(fā)明的噪聲處理技術(shù)可被與陣列技術(shù)、近談話話筒技術(shù)一起使用或用作獨(dú)立系統(tǒng)。作為獨(dú)立系統(tǒng)、作為其它實(shí)施算法如自適應(yīng)射束形成的一部分、或作為使用從聲音端口獲得的數(shù)據(jù)在PC上運(yùn)行的固件應(yīng)用，本發(fā)明的噪聲相減可被實(shí)施于所實(shí)施的硬件(DSP)中。
將理解，本發(fā)明亦可被用作軟件應(yīng)用，優(yōu)選地使用C或其它任何編程語言來編寫，其可被實(shí)施于例如可編程存儲(chǔ)器芯片上或被存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)如，例如光盤上，并從其取回以驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)處理器。
將理解，盡管特定值被用于在本發(fā)明中采用的幾個(gè)方程和計(jì)算，這些值可不同于所示的值。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其修改已在此被具體描述，應(yīng)理解，本發(fā)明不局限于那些明確的實(shí)施例和修改，并且其它修改和變化可由本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)，而不背離如由隨后的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于通過對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的次波帶進(jìn)行時(shí)域處理來消除噪聲的設(shè)備，包括輸入，用于輸入包括噪聲信號(hào)的數(shù)字輸入信號(hào)；波帶分離器，用于將所述數(shù)字輸入信號(hào)分為多個(gè)次波帶；多個(gè)噪聲處理器，每個(gè)用于處理所述多個(gè)次波帶相應(yīng)的一個(gè)以使被包括于所述數(shù)字輸入信號(hào)中的所述噪聲信號(hào)被消除；以及組合器，用于將噪聲被處理的多個(gè)次波帶組合為數(shù)字輸出信號(hào)。
2.依照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述多個(gè)次波帶為頻率被限制的時(shí)域信號(hào)。
3.依照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述波帶分離器包括DFT濾波器組，其使用單邊帶調(diào)制以分離所述數(shù)字輸入信號(hào)。
4.依照權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每個(gè)噪聲處理器都包括指數(shù)平均器、噪聲估算器和相減處理器。
5.依照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中所述指數(shù)平均器在先前平均值和當(dāng)前平均值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上計(jì)算滾動(dòng)平均輸入值。
6.依照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中所述噪聲估算器在先前噪聲值和當(dāng)前輸入值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上通過進(jìn)行指數(shù)平滑而產(chǎn)生波帶噪聲值。
7.依照權(quán)利要求6的設(shè)備，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定倍數(shù)的當(dāng)前最小值大，則當(dāng)前輸入值不被考慮為噪聲，并且所述噪聲估算器不被更新。
8.依照權(quán)利要求4的設(shè)備，其中所述相減處理器在所述滾動(dòng)平均輸入值和所述波帶噪聲值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生濾波系數(shù)H，并以所述濾波系數(shù)乘以當(dāng)前輸入值，從而產(chǎn)生噪聲被消除的值。
9.依照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中所述相減處理器進(jìn)一步進(jìn)行最小濾波系數(shù)閾值功能。
10.依照權(quán)利要求8的設(shè)備，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定噪聲閾值小，則所述相減處理器進(jìn)一步進(jìn)行對(duì)所述濾波系數(shù)的指數(shù)平滑。
11.一種用于通過對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的次波帶進(jìn)行時(shí)域處理來消除噪聲的設(shè)備，包括輸入裝置，用于輸入包括噪聲信號(hào)的數(shù)字輸入信號(hào)；波帶分離裝置，用于通過使用單邊帶調(diào)制和DFT濾波器組，將所述數(shù)字輸入信號(hào)分為多個(gè)頻率被限制的時(shí)域信號(hào)次波帶；多個(gè)噪聲處理裝置，每個(gè)用于處理所述多個(gè)信號(hào)次波帶相應(yīng)的一個(gè)以使被包括于所述數(shù)字輸入信號(hào)中的所述噪聲信號(hào)被消除；其中所述噪聲處理裝置進(jìn)一步包括指數(shù)平均裝置、噪聲估算裝置和相減處理裝置；以及組合裝置，用于將噪聲被處理的多個(gè)信號(hào)次波帶組合為數(shù)字輸出信號(hào)。
12.依照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述指數(shù)平均裝置在先前平均值和當(dāng)前平均值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上計(jì)算滾動(dòng)平均輸入值。
13.依照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述噪聲估算裝置在先前噪聲值和當(dāng)前輸入值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上通過進(jìn)行指數(shù)平滑而產(chǎn)生波帶噪聲值。
14.依照權(quán)利要求13的設(shè)備，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定倍數(shù)的當(dāng)前最小值大，則當(dāng)前輸入值不被考慮為噪聲，并且所述噪聲估算器不被更新。
15.依照權(quán)利要求11的設(shè)備，其中所述相減處理裝置在所述滾動(dòng)平均輸入值和所述波帶噪聲值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生濾波系數(shù)H，并以所述濾波系數(shù)乘以當(dāng)前輸入值，從而產(chǎn)生噪聲被消除的值。
16.依照權(quán)利要求15的設(shè)備，其中所述相減處理裝置進(jìn)一步進(jìn)行最小濾波系數(shù)閾值功能。
17.依照權(quán)利要求15的設(shè)備，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定噪聲閾值小，則所述相減處理裝置進(jìn)一步進(jìn)行對(duì)所述濾波系數(shù)的指數(shù)平滑。
18.一種用于通過對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的次波帶進(jìn)行時(shí)域處理來消除噪聲的方法，包括步驟輸入包括噪聲信號(hào)的數(shù)字輸入信號(hào)；通過使用單邊帶調(diào)制和DFT濾波器組，將所述數(shù)字輸入信號(hào)分為多個(gè)次波帶；對(duì)所述多個(gè)次波帶相應(yīng)的一個(gè)進(jìn)行噪聲處理以使被包括于所述數(shù)字輸入信號(hào)中的所述噪聲信號(hào)被消除；所述噪聲處理步驟進(jìn)一步包括步驟指數(shù)平均、噪聲估算和相減處理；以及用組合裝置將噪聲被處理的多個(gè)次波帶組合為數(shù)字輸出信號(hào)。
19.依照權(quán)利要求18的方法，其中所述指數(shù)平均步驟在先前平均值和當(dāng)前平均值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上計(jì)算滾動(dòng)平均輸入值。
20.依照權(quán)利要求18的方法，其中所述噪聲估算步驟在先前噪聲值和當(dāng)前輸入值的加權(quán)平均的基礎(chǔ)上通過進(jìn)行指數(shù)平滑而產(chǎn)生波帶噪聲值。
21.依照權(quán)利要求20的方法，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定倍數(shù)的當(dāng)前最小值大，則當(dāng)前輸入值不被考慮為噪聲，并且所述噪聲估算器不被更新。
22.依照權(quán)利要求18的方法，其中所述相減處理步驟在所述滾動(dòng)平均輸入值和所述波帶噪聲值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生濾波系數(shù)H，并以所述濾波系數(shù)乘以當(dāng)前輸入值，從而產(chǎn)生噪聲被消除的值。
23.依照權(quán)利要求22的方法，其中所述相減處理步驟進(jìn)一步進(jìn)行最小濾波系數(shù)閾值功能。
24.依照權(quán)利要求22的設(shè)備，其中如果當(dāng)前輸入值比預(yù)定噪聲閾值小，則所述相減處理步驟進(jìn)一步進(jìn)行對(duì)所述濾波系數(shù)的指數(shù)平滑。
全文摘要
一種用于通過對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)的次波帶進(jìn)行時(shí)域處理來消除噪聲的方法和設(shè)備。輸入信號(hào)(102)被分為許多頻率被限制的時(shí)域次波帶(104)。然后每個(gè)次波帶在波帶分離器(106)中被單獨(dú)處理以消除信號(hào)中存在的噪聲。噪聲處理包括對(duì)輸入的指數(shù)平均、噪聲估算和相減處理。噪聲相減過程通過產(chǎn)生濾波系數(shù)而被簡(jiǎn)化，該濾波系數(shù)被指數(shù)平滑、硬限制并乘以輸入信號(hào)以產(chǎn)生每個(gè)次波帶的噪聲被處理的輸出。然后噪聲在組合器(108)被處理的波帶被組合為數(shù)字輸出信號(hào)(110)。實(shí)施能以軟件或硬件被實(shí)現(xiàn)，并被應(yīng)用于各種噪聲消除和信號(hào)處理應(yīng)用。
文檔編號(hào)G10L15/00GK1460323SQ01815516
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2001年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月12日
發(fā)明者B·伯杜戈 申請(qǐng)人:安德烈電子公司