CN101841587A - 信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明了公开了一种信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法，解决了移动终端噪声抑制系统对信号音进行噪声抑制而造成的信号音失真的技术问题。信号音检测方法包括：对音频信号进行帧内样点处理，并判断所述音频信号是有音波或是无音波；若所述音频信号是有音波，在所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。本发明应用于单频信号的检测。

Description

信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法

技术领域

本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法。

背景技术

语音信号是人类传播信息和情感交流的重要媒介，但是，在实际的语音通信过程中，不可避免地会受到来自周围环境的干扰，这些干扰最终使接收到的语音信号并非纯净的原始语音信号，而是受噪声污染的带噪语音信号。在语音通信过程中，噪声是影响通信效果、降低通话质量的主要原因。

噪声抑制(Noise Suppression，以下简称NS)技术可以帮助减小噪声的不利影响。采用NS技术的目标是增加信噪比(Signal to Noise Ratio，以下简称SNR)并因此增加语音的可懂性，降低听者的努力度，改善声学环境的感知品质。

在现有的NS技术实现方案中，主要有多麦克(Multi-Mic)和单麦克(Single-Mic)NS技术。在移动通信音频终端的噪声抑制系统中，应用谱减的单麦克NS技术时，能够在各种噪声环境下得到理想的噪声消除效果。

但是，由于信号音是单频信号，两边分别有能量突变的上升沿和下降沿，对于采用频域能量检测有无语音的语音激活检测(Voice Activity Detection，以下简称VAD)算法，会产生较大误差，从而产生噪声过估计现象，造成严重的信号音失真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种信号音检测方法和装置，能够检测出传输中的音频信号是否是信号音。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种信号音检测方法，包括：

对音频信号进行帧内样点处理，并判断所述音频信号是有音波或是无音波；若所述音频信号是有音波，在所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

一种信号音检测装置，包括：

音波检测单元，用于通过对音频信号进行帧内样点处理，来判断所述音频信号是有音波或是无音波；

信号音检测单元，用于在所述音频信号是有音波时，根据所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

本发明提供的单频信号检测方法和装置通过判断传输中的音频信号的连续有音波的帧数，能够检测出该音频信号是否是信号音。

本发明所要解决的另一个技术问题在于提供一种移动终端噪声抑制方法，能够检测出传输中的音频信号是否是信号音，从而防止对信号音进行的噪声抑制而造成的信号音失真。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种移动终端噪声抑制方法，包括：

对传输的音频信号进行是否为信号音的检测；

若检测到所述音频信号为信号音，则停止对所述音频信号进行噪声抑制处理。

本发明所提供的移动终端噪声抑制方法，通过检测出传输中的音频信号是否是信号音，在音频信号是信号音时，不对该信号音进行噪声抑制，从而防止信号音失真。

附图说明

图1为本发明信号音检测方法实施例一的流程图；

图2为本发明信号音检测方法实施例二的流程图；

图3为本发明信号音检测方法实施例二的另一流程图；

图4为本发明信号音检测方法实施例二的又一流程图；；

图5为回铃音时域波形图和周期图；

图6为忙音时域波形图和周期图；

图7为空号音时域波形图和周期图；

图8为音波频谱图；

图9为本发明信号音检测方法实施例三信号音检测算法的流程图；

图10为本发明信号音检测方法实施例三有无音波的判断流程图；

图11为本发明信号音检测装置实施例一的结构示意图；

图12为本发明信号音检测装置实施例二的结构示意图；

图13为本发明噪音抑制系统在3G中的应用示意图；

图14为本发明噪音抑制方法的流程图；

图15为本发明噪音抑制系统的结构示意图；

图16为本发明噪音抑制系统的原理示意图；

图17为本发明有信号音检测的信号音的波形图；

图18为无信号音检测的信号音的波形图；

图19为本发明有信号音检测的信号音发生偏移时的波形图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法，利用单频信号的时域和频域特性，能够检测出传输中的音频信号是否是信号音。

下面结合附图对本发明实施例信号音检测方法和装置以及移动终端噪声抑制方法进行详细描述。

如图1所示，本实施例的信号音检测方法包括：

步骤101、对音频信号进行帧内样点处理，并判断所述音频信号是有音波或是无音波；

步骤102、若所述音频信号是有音波，在所述音频信号的一个周期内，输入的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

本发明实施例提供的信号音检测方法通过判断传输中的音频信号的连续有音波的帧数，能够检测出该音频信号是否是信号音。

如图2所示，本实施例的信号音检测方法，进一步地，

所述步骤101包括：

步骤1011、获取音频信号当前帧中各采样点的功率值和所述采样帧的帧平均功率值；

步骤1012、根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波。

其中，步骤1012、根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波包括：

步骤1012A、将所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值进行比较，获得所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值的比值；

步骤1012B、获取所述比值大于第二门限值的采样点的个数，若所述比值大于第二门限值的采样点的个数大于第三门限值，则确定所述音频信号是有音波，否则为无音波。

进一步地，在所述步骤102之后还包括：

步骤103、若所述音频信号是无音波，且采样的音频信号连续为无音波的帧数大于第四门限值时，则停止对所述音频信号是否为信号音的检测。

发明实施例提供的信号音检测方法通过得到帧内样点功率值与帧平均功率值相比较，判断传输中的音频信号的连续有音波的帧数，能够检测出该音频信号是否是信号音，并通过判断传输中的音频信号的连续无音波的帧数，停止并退出信号音的检测。

信号音检测方法实施例三以在移动终端的应用中，信号音为回铃音、忙音和空号音中的一种或几种来说明本发明的技术方案。

信号音的特性：

信号音是一种电话局向用户传送的信号，在手机中应用的主要有以下几种：

回铃音：被叫用户处于被振铃状态。

忙音：本次接续遇到机键忙或被叫用户忙。

空号音：通知主叫用户，被叫号码为空号或受限制的号码。

表1标准信号音

从表1可以看出，信号音的频率主要是450Hz单频，而周期有三种。下面分别通过时域和频域分析其特性。

a、时域特性

信号音与语音流在时域的区别是：有无规则的周期。信号音有固定的周期，表现为每隔固定的时间重复一次先前的波形。如图5一图7所示，在时域1个周期内，有音波持续的最短时间是100ms，是在空号音周期内，而无音波持续的最长时间是4000ms，是在回铃音周期内。

b、频域特性

信号音可看做是单频脉冲信号，并且频率固定为450HZ，所以按20ms一帧的数据分析，它们的频率特性相同。

如图8所示，信号音的有音波频谱图功率集中在450HZ频率值附近，而其它频率点处功率值都很低。

信号音的检测是利用信号音频域的能量集中特性，来检测有无音波；利用时域的周期性，来检测是否是信号音和信号音是否传送完毕。语音处理系统一般取每帧20ms信号，这样可得，在信号音中，1个周期内连续有音波的最少帧数是5帧，连续无音波的最大帧数是200帧，利用时域的这些特性，设置三个计数值：第一计数值iscount，计数连续有音波帧数；第二计数值notcount，计数连续无音波帧数；第三计数值offcount，启动关闭信号音检测模块计数。并根据时域周期性，设置相应的计数门限。信号音检测算法的具体实现如图9所示。具体的实现分四个步骤：

步骤201：初始化三个计数值。

iscount＝0

notcount＝0                (1)

Offcount＝0

步骤202：计算帧功率值，做是否有音波的判决，

输入时域信号表示为

让X_n(ω_k)表示的短时傅里叶变换，其中ω_k表示频率索引。

$X_n\left({\mathrm{\ω}}_k\right)=\mathrm{FFT}\left({\tilde{x}}_n\left(t\right)\right)---\left(2\right)$

然后计算功率谱和功率均值：

P_n(ω_k)＝X_n(ω_k)*X_n(ω_k)    (3)

${\stackrel{\‾}{P}}_n\left({\mathrm{\ω}}_k\right)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{P}_n\left({\mathrm{\ω}}_k\right)/\mathrm{KK}---\left(4\right)$

(3)式表示每样点的功率值，(4)式是帧平均功率，KK是每一帧的总样点数。

有无音波具体的判决流程如图10所示，其判决原理是根据单频信号功率集中于某几个频点。首先得到平均功率，并将此帧的每一样点功率值与平均功率相比，比值如果大于第二门限值TH2(取值范围为10-20)，则sfcount加1。当此帧功率样点值取完后，比较sfcount与第三门限值TH3(取值范围为2-4)，如果是大于则认为是有音波，否则无音波。

步骤203：如果判决为有音波，则做是否是信号音的判决，并使offcount有效，启动关闭信号音检测模块。第一门限值TH1是按信号音1个周期内连续有音波的最少帧数确定的，考虑误差因素，取经验值‘2-5’。

步骤204：如果判决为无音波，在offcount计数至TH5(取值范围为1-5)的条件下，做信号音是否结束的判决。第四门限值TH4按信号音1个周期内无音波的最大帧数确定，考虑误差因素，取经验值‘200-300’。

如图11所示，本发明信号音检测装置包括：

音波检测单元11，用于通过对音频信号进行帧内样点的处理，来判断所述音频信号是有音波或是无音波；

信号音检测单元12，用于在所述音频信号是有音波时，根据所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

本发明实施例提供的信号音检测装置通过判断音频信号的连续有音波的帧数，能够检测出该音频信号是否是信号音。

进一步地，如图12所示，所述音波检测单元11包括：

帧功率计算模块111，用于获取音频信号当前帧中各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值；

音波检测模块112，用于根据所述各采样点的功率值和帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波。

进一步地，所述音波检测模块112包括：

比较子模块1121，用于将所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值进行比较，获得所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值的比值；

判断子模块1122，用于根据所述比值大于第二门限值的采样点的个数确定所述音频信号是有音波或者为无音波。

进一步地，所述的信号音检测装置，还包括：

关闭信号音检测单元13，用于当输入的音频信号连续为无音波的帧数大于第四门限值时，停止对所述音频信号是否为信号音的检测。

发明实施例提供的信号音检测装置通过将音频信号的帧的采样点功率值与帧平均功率值相比较，判断传输中的音频信号的连续有音波的帧数，能够检测出该音频信号是否是信号音，并通过判断传输中的音频信号的连续无音波的帧数，停止并退出信号音的检测。

如图13所示，在3G系统的应用中，下行NS系统主要用来处理下行语音中的噪声，增强下行的通话质量，使扬声器输出的语音信号更加的清晰。

如图14所示，本实施例的移动终端噪声抑制方法包括：

步骤301、对传输的音频信号进行是否为信号音的检测；

步骤302、若检测到所述音频信号为信号音，则停止对所述音频信号进行噪声抑制处理。

本发明实施例所提供的移动终端噪声抑制方法，通过检测出传输中的音频信号是否是信号音，在音频信号是信号音时，不对该信号音进行噪声抑制，从而防止信号音失真。

其中，所述步骤301、对传输的音频信号进行是否为信号音的检测的具体方法与信号音检测方法实施例相同，在此不再赘述，如图1-图4所示。

如图15所示，本实施例移动终端噪声抑制系统，包括：

噪声抑制装置21，用于对传输的音频信号进行噪声抑制处理；

信号音检测装置22，用于对传输的音频信号进行是否为信号音检测；若检测到所述音频信号为信号音，则旁路所述噪声抑制装置，停止对所述音频信号进行噪声抑制处理。

本发明实施例所提供的移动终端噪声抑制系统，通过检测出传输中的音频信号是否是信号音，在音频信号是信号音时，不对该信号音进行噪声抑制，从而防止信号音失真。

进一步地，信号音检测装置22的具体结构与前述信号音检测装置实施例的结相同，在此不再赘述，如图11和图12所示。

在进行噪声抑制时，具体地，如图16所示，首先将含噪语音进行短时傅里叶变换，从而得到它的谱幅度和谱相位，其中谱幅度被送入语音激活模块和噪声抑制模块处理，语音激活模块用来检测语音的停顿周期，用以估计噪声的功率谱值；噪声抑制模块通过估计得到的噪声功率谱值来计算谱增益因子，用来对语音信号进行加权。短时傅里叶变换值被缓存，待噪声抑制模块谱增益加权因子被估算出后，与之相乘，进行噪声抑制，其结果送入短时傅里叶综合进行短时傅里叶反变换以得到增强语音。信号音检测模块用来检测主叫方收到的信号音，当检测为信号音时旁路噪声抑制模块，不对信号音做任何处理，这样保证信号音经过噪声抑制系统后不发生失真。

进一步地，所述信号音包括：回铃音、忙音和空号音中的一种或几种。

采用上述方法实现和系统的信号音检测，在实际应用中能够克服NS系统造成的信号音的失真问题。如图17和图18所示，图17为图5-图7三种信号音经过有信号音检测的NS系统后的输出结果，显然输出的信号音没有明显变化，和原始信号基本一致；与之对比的是图18，三种信号音经过无信号音检测的NS系统，结果信号音发生了显著的失真，人耳是可以觉察到的。

图19是在噪声环境中，并且信号音发生频率偏移时经过有信号音检测NS系统时的输入和输出结果。比较输入和输出，NS系统在消除噪声的同时能够准确检测出信号音，这说明本发明所述信号音检测具有一定的容错检测性能。

本发明实施例提供的移动终端噪声抑制方法和系统，采用信号音检测技术，充分利用信号音的时域周期性和频域能量集中特性，在不影响NS系统功能的前提下，能够准确检测信号音，当信号音因传输引起信号音频率偏移时，同样可以准确的检测出。算法简单，易于实现，并且不会影响NS系统的性能，应用广泛。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种信号音检测方法，其特征在于，包括：

对音频信号进行帧内样点处理，并判断所述音频信号是有音波或是无音波；

若所述音频信号是有音波，在所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

2.根据权利要求1所述的信号音检测方法，其特征在于，所述判断所述音频信号是有音波或是无音波包括：

获取音频信号当前帧中各采样点的功率值和所述采样帧的帧平均功率值；

根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波。

3.根据权利要求2所述的信号音检测方法，其特征在于，所述根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波包括：

将所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值进行比较，获得所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值的比值；

获取所述比值大于第二门限值的采样点的个数，若所述比值大于第二门限值的采样点的个数大于第三门限值，则确定所述音频信号是有音波，否则为无音波。

4.根据权利要求1或3所述的信号音检测方法，其特征在于，在所述确定所述音频信号是信号音之后还包括：

若所述音频信号是无音波，且采样的音频信号连续为无音波的帧数大于第四门限值时，则停止对所述音频信号是否为信号音的检测。

5.一种信号音检测装置，其特征在于，包括：

音波检测单元，用于通过对音频信号进行帧内样点的处理，来判断所述音频信号是有音波或是无音波；

信号音检测单元，用于在所述音频信号是有音波时，根据所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

6.根据权利要求5所述的信号音检测装置，其特征在于，所述音波检测单元包括：

帧功率计算模块，用于获取音频信号当前帧中各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值；

音波检测模块，用于根据所述各采样点的功率值和帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波。

7.根据权利要求6所述的信号音检测装置，其特征在于，所述音波检测模块包括：

比较子模块，用于将所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值进行比较，获得所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值的比值；

判断子模块，用于根据所述比值大于第二门限值的采样点的个数确定所述音频信号是有音波或者为无音波。

8.根据权利要求5所述的信号音检测装置，其特征在于，还包括：

关闭信号音检测单元，用于当输入的音频信号连续为无音波的帧数大于第四门限值时，停止对所述音频信号是否为信号音的检测。

9.一种移动终端噪声抑制方法，其特征在于，包括：

对传输的音频信号进行是否为信号音的检测；

若检测到所述音频信号为信号音，则停止对所述音频信号进行噪声抑制处理。

10.根据权利要求9所述的移动终端噪声抑制方法，其特征在于，所述对传输的音频信号进行是否为信号音的信号音检测包括：

通过对音频信号进行当前帧帧内样点处理，判断所述音频信号是有音波或是无音波；

若所述音频信号是有音波，在所述音频信号的一个周期内，采样的音频信号连续为有音波的帧数大于第一门限值，则确定所述音频信号是信号音。

11.根据权利要求10所述的移动终端噪声抑制方法，其特征在于，所述判断所述音频信号是有音波或是无音波包括：

获取音频信号当前帧中各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值；

根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波。

12.根据权利要求11所述的移动终端噪声抑制方法，其特征在于，所述根据所述各采样点的功率值和所述当前帧的帧平均功率值判断所述音频信号是有音波或是无音波包括：

将所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值进行比较，获得所述各采样点的功率值与所述帧平均功率值的比值；

获取所述比值大于第二门限值的采样点的个数，若所述比值大于第二门限值的采样点的个数大于第三门限值，则确定所述音频信号是有音波，否则为无音波。

13.根据权利要求10或12所述的信号音检测方法，其特征在于，在所述确定所述音频信号是信号音之后还包括：

若所述音频信号是无音波，且采样的音频信号连续为无音波的帧数大于第四门限值时，则停止对所述音频信号是否为信号音的检测。

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