CN101193139B - 一种可滤除环境音的方法及其手机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可滤除环境音的手机。该手机包括一麦克风、一模数转换器、一处理单元。其中处理单元还包括一取样模块、一分析模块、一滤除参数确定模块、一滤除模块。取样模块对环境音进行取样；分析模块对取样信号进行特征分析；滤除参数确定模块对取样信号特征分析结果进行分析处理，确定滤除频带并记录；双方通话；根据已记录的滤除频带滤除环境音。本发明还提供一种滤除环境音的方法。应用此手机及方法消除环境音对通话的影响以提高通话质量。

Description

一种可滤除环境音的方法及其手机
技术领域
本发明是关于一种声音滤除的手机及方法，尤指一种用于手机通话中的滤除环境音的方法及其手机。
背景技术
最近几年，随着手机的迅速普及，它已经成为了现在人们的生活必备品，并给人们的日常生活带来了极大的方便。不过当人们在使用手机的时候总是会受到环境音的困扰，特别是在环境音不可避免的场合，比如在商场，餐馆等。所以如何有效的滤除环境音，使手机麦克风准确无干扰的采集到使用者的语音信息已成为亟待解决的问题。现有技术出现了以下解决该问题的方案：通过增加一个副麦克风，该麦克风置于手机背面并认为通过该麦克风采集到的声音为环境音，然后将上述环境音反相并与手机原麦克风采集到的声音相抵消。其中存在的问题是由于现在手机的体积越来越小，使用者的声音很容易被增加的副麦克风采集到而使得滤除环境音的效果不理想，同样由于体积的问题增加一个麦克风变得很困难。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可滤除环境音的方法及其手机，其通过分析麦克风采集到的声音以确定环境音的特征参数，在通话中根据该特征参数有效的滤除环境音。并且此手机及方法不需要对现有手机硬件做改动。
一种可滤除环境音的手机，该手机包括一麦克风，一模数转换器，该模数转换器将麦克风采集到的模拟环境音转换为数字环境音，一处理单元。所述的处理单元还包括：一取样模块，该取样模块对所述数字环境音进行取样，获得取样信号；一分析模块，该分析模块对取样信号进行多个分析周期的特征分析，计算每个分析周期的取样信号各频带的能量，产生每个分析周期的能量值最大的若干频带；一滤除参数确定模块，用于根据分析模块产生的多个分析周期的能量值最大的若干频带进行统计分析，确定滤除频带；及一滤除模块，其根据滤除参数确定模块的处理结果滤除通话语音信号中的环境音。
所述可滤除环境音的手机还包括一存储器，用于存储所述分析模块对取样信号进行特征分析的结果及滤除参数确定模块确定的滤除频带。
所述滤除环境音的方法包括下列步骤：
启动对环境音的分析并对环境音进行取样：预定一分析周期N及设一当前分析周期；若当前分析周期不大于预定分析周期N时取样模块对信号进行下一次取样；若当前分析周期大于预定分析周期N时取样模块对信号停止取样。
对多个分析周期取样信号进行特征分析：通过傅立叶变换获得取样信号的频域信号；将听觉频率范围分成若干个频带，计算一分析周期内取样信号各频带的能量值；然后确定能量主要分布的频带，将该能量主要分布的频带作为能量值最大的若干频带。
对多个分析周期的能量值最大的若干频带进行统计分析，确定滤除频带：获取各分析周期的分析结果，各周期取样信号的能量值最大的若干频带；确定环境音常现频带；将该环境音常现频带定为环境音滤除频带。
开始通话，根据已确定的环境音滤除频带滤除手机环境音。
本发明提供的可滤除环境音的手机和方法在手机通话过程中能准确的判断环境音的频带，并根据环境音的强度来判断是否要对环境音作滤除处理，可有效的降低环境音对通话的影响以提高通话质量。
附图说明
图1是手机硬件结构框图。
图2是第一实施方式中处理单元100的结构框图。
图3是第一实施方式中滤除环境音的方法流程图。
图4是图3中步骤S302信号取样及特征分析的方法细化流程图。
图5是图4中步骤S405中对取样信号特征分析的细化流程图。
图6是图5中步骤S503确定能量主要分布频带的细化流程图。
图7是图3中步骤S303确定滤除参数方法细化流程图。
图8是第二实施方式中可滤除环境音的手机结构框图。
图9是第二实施方式中确定滤除参数的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，是手机硬件结构的框图。手机包括：依次串连的一麦克风101、一模数转换器103及一处理单元100，处理单元100再依次串连一编解码单元105、一射频收发单元107及一天线108。麦克风101采集到声音，生成模拟声音信号。该模数转换器103将该模拟语音信号转换为数字语音信号后发送至处理单元100。该数字语音信号再经过该编解码单元105编码、及该射频收发单元107调制后通过天线108发送至通讯网络。天线108接收到对方的信号由射频收发单元106进行解调，然后由编解码单元105解码成数字信号。处理单元100还依次连接数模转换器106、扬声器110，处理单元100收到的对方数字信号经过数模转换后通过扬声器110再现出来。显示单元102、输入单元104分别与处理单元100连接实现使用者与手机间交互。此外，一存储器109与处理单元100连接。本发明在处理单元100中还增加了滤除环境音的功能。
图2为本发明第一实施方式中处理单元100的结构框图。所述处理单元100包括：一取样模块1001、一分析模块1002、一滤除参数确定模块1003及一滤除模块1004。
该取样模块1001获得取样信号，麦克风101收集到的模拟声音信号经过模数转换器103转换为数字信号，该取样信号来自模数转换器103，该取样信号可以是环境音信号、语音信号或环境音信号与语音信号的混合信号(下称为通话语音信号)。
该分析模块1002对取样模块1001获取的环境音信号进行分析获得环境音特征，在本发明中分析模块1002对每一分析周期所得的环境音信号进行分析，每一次获得相应的环境音特征，并将该环境音特征暂存在存储器109中。
该滤除参数确定模块1003根据每次获得相应的环境音特征进行统计分析，以确定滤除参数并将该滤除参数暂存在存储器109中。
该滤除模块1004，将取样模块1001获得取样信号(该取样信号为通话语音信号的取样信号)进行傅立叶变换获得通话语音信号的频域信号，根据滤除参数对通话语音信号进行环境音滤除然后传送给编解码单元105。
图3为第一实施方式中滤除环境音的方法流程图。首先启动环境音的特征分析(步骤S301)，在启动后通话者暂停说话以使得麦克风101仅针对环境音进行取样，该暂停时间可由用户设定，例如2秒。然后取样模块1001对环境音进行多次取样分析，并由分析模块1002对每一分析周期取样所得的环境音取样信号作特征分析并获得每次分析周期的环境音特征(步骤S302)。滤除参数确定模块1003根据每次分析周期的环境音特征进行统计分析确定滤除参数(步骤S303)。最后滤除模块1004根据滤除参数过滤通话语音信号(步骤S304)，步骤S304持续执行至通话结束或结束环境音虑除(步骤S305)。
图4是图3中步骤S302信号取样及特征分析的方法细化流程图。使用者启动环境音的特征分析(步骤S301)，预设分析周期为N，并设当前分析周期i＝1(步骤S402)。判断当前分析周期i是否小于等于N，如果i小于等于N则取样模块1001对环境音信号进行取样(步骤S404)，分析模块1002对取样得到的环境音信号进行特征分析获得本次分析周期的环境音特征(步骤S405)。完成取样及分析后当前分析周期i加1(步骤S406)，流程回到步骤403，再判断当前分析周期i是否小于等于N；如果i大于N，则结束环境音特征分析，进入步骤S303。
图5是图4中步骤S405中对取样信号特征分析的细化流程图。对人的听觉频率范围分成若干个频带，例如：20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ等。参阅图5，取样模块1001对环境音信号进行取样(步骤S404)。分析模块1002对取样信号进行分析，对取样信号进行傅立叶变换获得取样信号的频域信号(步骤S501)。分析模块1002计算每一频带的能量值(步骤S502)并根据上述计算结果确定能量主要分布的频带(步骤S503)。滤除参数确定模块1003将能量主要分布频带作为该取样信号的环境音特征(步骤S504)。
确定能量主要分布频带的第一实施方式为：使用者设定一能量值，当某一频带的能量超过该预设能量值时认为该频带为能量主要分布的频带。例如，预设能量值为650，通过计算频带20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ的能量分别为80、110、620、660、560、510。则认为频带700HZ～900HZ，为能量主要分布的频带，在步骤S504中记录700HZ～900HZ为该取样信号的环境音特征。
确定能量主要的频带的第二实施方式为：能量值最大的M个频带确定为能量主要分布的频带。例如设定M＝2，通过计算频带20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ，900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ的能量分别为80、110、620，660、560、510。则认为频带500HZ～700HZ、700HZ～900HZ为能量主要分布的频带，在步骤S504中记录500HZ～700HZ、700HZ～900HZ为该取样信号的环境音特征。
确定能量主要的频带的第三实施方式为：将每一频带的能量常态化，预定一能量常态值，当能量常态值超过预定值的频带确定为能量主要分布的频带。某一频带的能量常态值为该频带的能量与该信号各频带动能量总值得比值。例如，频带20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ的能量常态化后其能量常态值分别为：0.03、0.04、0.25、0.26、0.22、0.20。若预设值为0.25，则能量常态值超过0.25的频带为能量主要分布的频带，所以500HZ～700HZ、700HZ～900HZ确定为为能量主要分布的频带，在步骤S504中记录500HZ～700HZ、700HZ～900HZ为该取样信号的环境音特征。
图6是图5中步骤S503确定能量主要分布频带的细化流程图。对环境音进行取样并进行特征分析(步骤S302)后，获得各分析周期所得的环境音特征(步骤S601)，计算各频带出现的次数(步骤S602)，预设一次数值，记录出现次数大于预定次数的频带为环境音常现频带(步骤S604)，将上述环境音常现频带做为滤除参数(步骤S604)。在步骤S304中，滤除模块1004根据步骤S604确定的滤除参数对通话语音进行过滤。例如，在一实施例中，使用者预设次数为5。经过N次的取样及特征分析，20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ被作为环境音特征被记录的次数分别为0、2、6、5、1、1。则频带500HZ～700HZ、700HZ～900HZ出现的次数大于5，所以频带500HZ～700HZ、700HZ～900HZ为环境音常现频带，滤除参数确定模块1003将500HZ～700HZ、700HZ～900HZ确定为滤除参数。
图7是图3中步骤S303确定滤除参数方法细化流程图。对环境音进行取样并由分析模块1002进行特征分析(步骤S302)，获得各分析周期的分析结果。在本实施方式中，对取样信号的分析直接记录各频带的能量常态值。获取各分析周期的分析所得的能量常态值(步骤S701)，对每一频带的能量常态值进行加总(步骤S702)根据上述加总的结果确定环境音常现频带(步骤S703)，将该环境音常现频带做为滤除参数(步骤S704)。在此实施方式中确定环境音常现频带时第一种方法为：预设一能量常态总量值，如果某一频带的能量常态总量值大于该预设值则确定为环境音常现频带。例如，预设能量常态总量值为2.5。将N次分析后的能量常态值加总后20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ的能量常态总量分别为0.3、0.9、1.8、2.6、2.1、1.2。则频带700HZ～900HZ的能量常态总量大于2.5，所以将频带700HZ～900HZ记为环境音常现频带。在此实施方式中确定环境音常现频带时第二种方法为：将能量常态总量最大的的H个频带确定为环境音常现频带。例如，设定能量常态总量最大的2个频带确定为环境音常现频带。将N次分析后的能量常态值加总后20HZ～300HZ、300HZ～500HZ、500HZ～700HZ、700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ、1100HZ～1300HZ的能量常态总量分别为0.3、0.9、1.8、2.6、2.1、1.2。其中能量常态总量最大的2个频带为700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ，则确定频带700HZ～900HZ、900HZ～1100HZ为环境音常现频带。
图8为本发明第二实施方式中可滤除环境音的手机结构框图。与图2所示的实施方式不同在于，本实施方式中分析模块1001对使用者语音进行特征分析并确定使用者语音的常现频带，将该使用者语音的常现频带存储在存储器109中。该使用者语音的常现频带分析可以是使用者在一个安静的没有环境音或者环境音的可以忽略的场合下通过麦克风101向手机输入一段语音。使用者的语音特征确定方法与确定环境音的方法相同，该语音特征为使用者的语音常现频带。在确定滤除参数时，滤除参数确定模块1003提取将环境音常现频带与语音常现频带，将其中重叠的部分频带从环境音常现频带中去除获得滤除参数，以保证使用者语音的完整性。考虑语音特征后确定的滤除参数寄存在存储器109中，通话中滤除模块1004根据该滤除参数过滤通话语音。例如，经过分析获得使用者语音的常现频带为900HZ-1100HZ、1100HZ-1300HZ，而环境音常现频带为700HZ～900HZ，900HZ～1100HZ，那么考虑语音特征后确定的滤除参数为700HZ～900HZ。
图9是第二实施方式中确定滤除参数的方法流程图。获取使用者语音的常现频带及环境音常现频带(步骤S901)，将使用者语音的常现频带与环境音常现频带中重叠的部分频带从环境音常现频带中去除(步骤S902)，将去除重叠频带的环境音常现频带做为滤除参数(步骤903)。

Claims (13)

1.一种可滤除环境音的手机，该手机包括一麦克风，一模数转换器，该模数转换器将麦克风采集到的模拟环境音转换为数字环境音，一处理单元，其特征在于，所述的处理单元还包括：
一取样模块，该取样模块对所述数字环境音进行取样，获得取样信号；
一分析模块，用于对取样信号进行多个分析周期的特征分析，计算每个分析周期的取样信号各频带的能量，产生每个分析周期的能量值最大的若干频带；
一滤除参数确定模块，用于根据分析模块产生的多个分析周期的能量值最大的若干频带进行统计分析，确定滤除频带；
一滤除模块，其根据滤除参数确定模块的处理结果滤除通话语音信号中的环境音。
2.如权利要求1所述的一种可滤除环境音的手机，其特征在于，还包括一存储器，其存储所述分析模块对取样信号的分析结果及滤除参数确定模块确定的滤除参数。
3.一种滤除环境音的方法，其特征在于所述方法包括步骤：
启动对环境音的分析并对环境音进行取样；
对取样信号进行多个分析周期的特征分析，产生每个分析周期的能量值最大的若干频带；
对多个分析周期的能量值最大的若干频带进行统计分析，确定滤除频带；
根据已确定的滤除频带滤除通话语音信号中的环境音。
4.如权利要求3所述的滤除环境音的方法，其特征在于对信号的取样包括步骤：
预定一分析周期N及设一当前分析周期；
若当前分析周期不大于预定分析周期N时取样模块对信号进行下一次取样；
若当前分析周期大于预定分析周期N时取样模块对信号停止取样。
5.如权利要求3所述的滤除环境音的方法，其特征在于每个分析周期的能量值最大的若干频带分析步骤为：
通过傅立叶变换获得取样信号的频域信号；
将听觉频率范围分成若干个频带，计算该分析周期内取样信号各频带的能量值；
确定能量主要分布的频带，并将能量主要分布的频带确定为环境音常现频带；
将环境音常现频带作为该环境音的滤除频带。
6.如权利要求5所述的滤除环境音的方法，其特征在于，能量主要分布的频带为能量值超过一预设值的频带。
7.如权利要求5所述的滤除环境音的方法，其特征在于，能量主要分布的频带为能量值最高的M个频带，其中M值由用户设定。
8.如权利要求5所述的滤除环境音的方法，其特征在于，将每一频带的能量常态化，能量主要分布的频带为能量常态值超过一预定值的频带。
9.如权利要求5所述的滤除环境音的方法，其特征在于，确定滤除频带的步骤包括：
获取各分析周期所得的各周期取样信号能量主要分布的若干频带；
计算各频带出现的次数；
记录次数出现大于预定次数的频带确定为环境音常现频带；
将该环境音常现频带定为环境音滤除频带。
10.如权利要求8所述的滤除环境音的方法，其特征在于，确定滤除频带的步骤包括：
获取各分析周期所得的每一频带的能量常态值；
对每一频带的能量常态值进行加总；
根据加总之后的能量常态值确定环境音常现频带；
将该环境音常现频带作为环境音滤除频带。
11.如权利要求10所述的滤除环境音的方法，其特征在于，能量主要分布的频带为能量常态总值最大的H个频带，其中H值由用户设定。
12.如权利要求10所述的滤除环境音的方法，其特征在于，能量主要分布的频带为能量常态值超过一预定值的频带。
13.如权利要求5所述的滤除环境音的方法，其特征在于，预先分析使用者语音的常现频带，当使用者语音所在频带与滤除频带重叠时，将使用者语音常现频带与环境音常现频带中重叠的部分频带从环境音常现频带中去除，以去除重叠频带后的环境音常现频带做为滤除频带。
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