CN101430882A - 一种抑制风噪声的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抑制风噪声的方法及装置，用以准确地抑制风噪声，从而保证达到较佳的录音效果。本发明提供的一种抑制风噪声的方法包括：对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

Description

一种抑制风噪声的方法及装置

技术领域

本发明涉及音频信号处理技术领域，尤其涉及一种抑制风噪声的方法及装置。

背景技术

在户外对声音进行录音时遇到的最大问题就是风的干扰，由于风的干扰导致录音中存在较大的风噪声。特别是在大风天气环境下，用于采集声音的麦克风(Mic)就会录下强烈的风声，几乎可以将想要录制的目标声音淹没。

风噪声是快速移动的气体在Mic周围形成旋转气流而产生的噪声。一般来说，风噪声主要集中在低频部分，如图1所示，通常在1千赫兹(Khz)频率以下集中了绝大部分能量，在100—200Hz达到最大。

现有的声音采集设备在户外容易采集到风噪声，用户一般采用防风罩罩住Mic，来减弱风噪声的影响，但是对于小型摄像机(DV)或者录音笔等设备，Mic一般没有防风罩的保护，更容易受到风噪声的干扰。

另外，现有技术中还可以采取简单的高通滤波技术来消除风噪声，但是，此种方法对整个风噪声所在的频段进行抑制，如果该频段内存在需要录制的目标声音信号，则该目标声音信号也将一同被消除，从而降低了录音质量。

综上所述，现有技术无法有选择性地抑制风噪声，从而无法保证达到较好的录音效果。

发明内容

本发明实施例提供了一种抑制风噪声的方法及装置，用以准确地抑制风噪声，从而保证达到较佳的录音效果。

本发明实施例提供的一种抑制风噪声的方法包括：

对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；

利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

本发明实施例提供的一种抑制风噪声的装置包括：

FFT模块，用于对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行傅里叶变换；

风噪声抑制模块，用于对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

本发明实施例，通过对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；由于该归一化互相关值反映了这两路声音信号的每个频带上的信号存在风噪声的概率，因此利用每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，可以实现有选择地抑制这两路声音信号中的风噪声，保证了录音效果不会降低。

附图说明

图1为风噪声的频率特性示意图；

图2为本发明实施例提供的抑制风噪声的装置结构示意图；

图3为带通滤波器的频率特性示意图；

图4为本发明实施例提供的风噪声抑制模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的抑制风噪声的方法流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种抑制风噪声的方法及装置，仅针对风噪声进行抑制，避免抑制目标声音信号，从而准确地抑制风噪声，保证达到较佳的录音效果。

本发明实施例在同一场景下，同时采集两路声音信号，并对这两路声音信号在风噪声最集中的一部分低频频段进行互相关分析，得到风噪声存在的总体概率，同时通过傅里叶变换(FFT)将输入的两路声音信号从时域转换到频域，比较这两路信号在各个频带(bin)上的相关性。由于同一场景下同时采集的两路信号在同一频带上的目标声音是很相似的，所以相关性强，而风噪声几乎没有相关性，本发明实施例利用这一特点，给相关性强的频带较大增益，而给相关性弱的频带较小增益，最后通过傅里叶逆变换(IFFT)，将信号从频域转换到时域，从而起到抑制风噪声，并保持语音质量不变的作用。

本发明实施例以同时采集两路声音信号为例进行说明，当然，也可以同时采集更多路的声音信号，对每两路信号进行相关性分析，同样可以有针对性地抑制风噪声。本发明实施例以目标声音信号为语音信号为例进行说明。

下面结合附图对本发明实施例进行说明。

参见图2，本发明实施例提供的一种抑制风噪声的装置包括：Mic11、Mic12、带通滤波(BPF)模块13、互相关模块14、分析窗模块15、FFT模块16、分析窗模块17、FFT模块18、风噪声抑制模块19、IFFT模块20、综合窗模块21、IFFT模块22和综合窗模块23。

首先，同一场景下的Mic 11和Mic 12同时采集到两路声音信号，并将这两路信号均发送给带通滤波模块13，将这两路信号分别发送给分析窗模块15和分析窗模块17。

由于风噪声能量最集中的位置在100—200Hz左右，并且风噪声是没有相关性的，而这一频段附近的语音信号由于频率很低，因此相关性最强。因此，本发明实施例的带通滤波模块13的频率特性如图3所示，带通滤波模块13按照该频率特性对这两路信号进行带通滤波处理，以得到100—200Hz左右的两路信号。本发明实施例选择这一频段的声音信号通过互相关模块14进行互相关分析，能够有效分辨出当前采集到的声音信号是否存在风噪声。

互相关模块14的具体工作原理如下：

假设经过带通滤波模块13处理后的两路信号分别为x1和x2，对x1和x2进行互相关运算：

$\mathrm{Corrx}1x2=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x1\left(k\right)x2\left(k\right)$

$\mathrm{Corrx}1=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x1\left(k\right)x1\left(k\right)$

$\mathrm{Corrx}2=\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x2\left(k\right)x2\left(k\right)$

则，x1和x2的归一化互相关值为：

$\mathrm{corrx}1x2=\frac{\mathrm{Corrx}1x2}{\sqrt{\mathrm{Corrx}1*\mathrm{Corrx}2}}$

corrx1x2的值是0至1之间的一个数，反映了两路信号的相关性，如果corrx1x2的值接近于1，则说明没有风噪声；如果corrx1x2的值接近于0，说明有很强的风噪声。

互相关模块14将得到的corrx1x2作为一个风噪声是否存在的总体判断参数输出给风噪声抑制模块19。

分析窗模块15和分析窗模块17分别对信号进行加权，FFT模块16和FFT模块18分别对加权后的信号进行FFT处理，得到频域上的两路声音信号，并分别发送给风噪声抑制模块19。

较佳地，参见图4，风噪声抑制模块19包括：

互相关运算单元191，用于对经过傅里叶变换后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的在零到一千赫兹的频率范围内的每个频带上的归一化互相关值corrLR(i)。

加权单元192，用于利用上总体归一化互相关值corrx1x2对每个频带上的归一化互相关值corrLR(i)加权，得到加权后的归一化互相关值corrLR’(i)。

计算均值单元193，用于计算这两路声音信号在零到一千赫兹的频率范围内的均值。

增益控制单元194，利用加权后的归一化互相关值corrLR’(i)对这两路声音信号在零到一千赫兹的频率范围内的均值进行增益控制。

具体的工作原理如下：

假设从Mic 11输入的信号的第i个bin的实部为Re_L(i)，虚部为Im_L(i)；从Mic 12输入的信号的第i个bin的实部为Re_R(i)，虚部为Im_R(i)。

由于时域的相关等价于频域的共轭相乘，因此分别从Mic 11和Mic 12输入的两路信号的第i个bin的互相关值为：

CorrLR(i)＝Re_L(i)*Re_R(i)+Im_L(i)*Im_R(i)

从Mic 11输入的信号的自相关值为：

CorrLL(i)＝Re_L(i)*Re_L(i)+Im_L(i)*Im_L(i)

从Mic 12输入的信号的自相关值为：

CorrRR(i)＝Re_R(i)*Re_R(i)+Im_R(i)*Im_R(i)

则分别从Mic 11和Mic 12输入的两路信号的第i个bin的归一化互相关值为：

$\mathrm{corrLR}\left(i\right)=\frac{\mathrm{CorrLR}\left(i\right)}{\sqrt{\mathrm{CorrLL}\left(i\right)*\mathrm{CorrRR}\left(i\right)}}$

假设FFT的点数为N，采样率为8Khz，由于本发明实施例只关心风噪声主要存在的1Khz以内的频率，因此本发明实施例可以仅计算出1Khz频率以内的两路信号的互相关值，即i＝0～N/8的bin的互相关值。

用corrLR(i)作为1Khz以内频率的在第i个bin里风噪声存在概率的判断。

上述互相关模块14得到了风噪声是否存在的总体判断参数corrx1x2，本发明实施例用这个corrx1x2加权这两路信号的1Khz以内频率的所有bin的归一化互相关值，即：

corrLR’(i)＝corrLR(i)*corrx1x2

计算分别从Mic11和Mic12输入的两路信号在1KHz频率内的均值，即：

Re(i)＝(Re_L(i)+Re_R(i))/2

Im(i)＝(Im_L(i)+Im_R(i))/2

计算这两路信号在1KHz频率内的均值的目的是：1Khz以内的语音信号的相关性很强，而风噪声没有相关性。因此取均值基本不会对语音信号造成影响，而风噪声则衰减了6dB，从而可以提高信噪比。

用corrLR’(i)加权1Khz以内的这两路信号的均值信号，得到：

Re_out(i)＝Re(i)*corrLR’(i)

Im_out(i)＝Im(i)*corrLR’(i)

对于风噪声较强的bin，corrLR’(i)的值较低，所以相应的Re_out(i)和Im_out(i)也较低，也就是说对于存在较强风噪声的频带的信号给予较小的增益；对于风噪声较弱的bin，corrLR’(i)的值较高，所以相应的Re_out(i)和Im_out(i)也较高，也就是说对于存在较弱风噪声的频带的信号给予较大的增益。从而实现了有选择性的风噪声抑制，提高了信噪比。

然后用这个处理完的信号(即实部为Re_out(i)，虚部为Im_out(i)的信号)去代替分别从Mic 11和Mic 12中输入的1Khz以内的同一频带的信号，最后将完整的两路信号分别发送给IFFT模块20和IFFT模块22。IFFT模块20和IFFT模块22分别对信号进行IFFT后发送给综合窗模块21和综合窗模块23处理，从而得到了消除风噪声后的语音信号。

参见图5，本发明实施例提供的一种抑制风噪声的方法包括步骤：

S501、对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值。

S502、利用该每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

较佳地，步骤S501之前还包括：按照风噪声所处的特定频段(零至一千赫兹范围内)对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行带通滤波处理；对经过带通滤波处理后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的总体归一化互相关值corrx1x2。

较佳地，步骤S501包括：对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行傅里叶变换；对经过傅里叶变换后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的零到一千赫兹的频率范围内的每个频带上的归一化互相关值corrLR(i)。

步骤S502中利用所述每个频带上的归一化互相关值corrx1x2对这两路声音信号进行增益控制的步骤包括：利用总体归一化互相关值corrx1x2对零到一千赫兹的频率范围内的每个频带上的归一化互相关值corrLR(i)加权，得到加权后的归一化互相关值corrLR’(i)；利用该加权后的归一化互相关值corrLR’(i)对这两路声音信号进行增益控制。

较佳地，利用加权后的归一化互相关值corrLR’(i)对这两路声音信号进行增益控制的步骤包括：计算在零到一千赫兹的频率范围内各个频带上这两路声音信号的均值；利用加权后的归一化互相关值corrLR’(i)对同一频带上这两路声音信号的均值进行增益控制。

综上所述，本发明实施例提出了一种能保证语音信号的录音质量的风噪声抑制方案。首先将风噪声最集中的一部分低频频段做互相关分析，得到风噪声存在的总体概率，然后通过FFT将原信号转换到频域，比较同时采集的两路信号在各个bin上的相关性，由于语音的相关性强而风噪声几乎没有相关性，因此可以给相关性强的子带较大增益，而相关性弱的子带较小增益，最后通过IFFT将频域信号转换到时域，从而达到抑制风噪声的目的，并且保证语音质量不会降低。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1、一种抑制风噪声的方法，其特征在于，该方法包括：

对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；

利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的每个频带上的归一化互相关值的步骤包括：

对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行傅里叶变换；

对经过所述傅里叶变换后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的每个频带上的归一化互相关值。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制的步骤包括：

按照风噪声所处的特定频段对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行带通滤波处理；

对经过所述带通滤波处理后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的总体归一化互相关值；

利用所述总体归一化互相关值对所述每个频带上的归一化互相关值加权，得到加权后的归一化互相关值；

利用该加权后的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述加权后的归一化互相关值对所述两路声音信号进行增益控制的步骤包括：

计算在零到一千赫兹的频率范围内各个频带上所述两路声音信号的均值；

利用所述加权后的归一化互相关值对同一频带上所述两路声音信号的均值进行增益控制。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个频带上的归一化互相关值，是零到一千赫兹的频率范围内的每个频带上的归一化互相关值。

6、一种抑制风噪声的装置，其特征在于，该装置包括：

FFT模块，用于对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行傅里叶变换；

风噪声抑制模块，用于对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；利用所述每个频带上的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制，抑制这两路声音信号中的风噪声。

7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

互相关模块，用于对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的总体归一化互相关值；

所述风噪声抑制模块包括：

互相关运算单元，用于对经过所述傅里叶变换后的两路声音信号进行互相关运算，得到每个频带上的归一化互相关值；

加权单元，用于利用所述总体归一化互相关值对所述每个频带上的归一化互相关值加权，得到加权后的归一化互相关值；

增益控制单元，用于利用该加权后的归一化互相关值对这两路声音信号进行增益控制。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：

带通滤波模块，用于按照风噪声所处的特定频段对在同一场景下同时采集的两路声音信号进行带通滤波处理；

所述互相关模块，对经过所述带通滤波处理后的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号的总体归一化互相关值。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述风噪声抑制模块还包括：

计算均值单元，用于计算在零到一千赫兹的频率范围内各个频带上所述两路声音信号的均值；

所述增益控制单元，利用所述加权后的归一化互相关值对同一频带上所述两路声音信号的均值进行增益控制。

10、根据权利要求7、8或9所述的装置，其特征在于，所述互相关运算单元，对经过所述傅里叶变换后的在零到一千赫兹的频率范围内的两路声音信号进行互相关运算，得到这两路声音信号在零到一千赫兹的频率范围内的每个频带上的归一化互相关值。

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