CN102254563A

CN102254563A - 用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法

Info

Publication number: CN102254563A
Application number: CN2010101783335A
Authority: CN
Inventors: 殷海庭
Original assignee: SHANGHAI CONGWEI ACOUSTICS TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHANGHAI CONGWEI ACOUSTICS TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2010-05-19
Filing date: 2010-05-19
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法先对左右两个麦克风同时段各自接入的信号分别以预设的帧长进行分帧处理，然后在左组多帧输入信号和右组多帧输入信号中中分别计算一左帧和相应一右帧的信号能量值、及左右两帧之间的互相关系数，并根据预设的单麦克风短时能量阈值以及双麦克风相关性比例阈值、和所计算出的左右两帧各自的信号能量值及互相关系数，判断当前所计算的当前左帧和当前右帧是语音帧还是噪声帧，以作为后一左帧和后一右帧的处理依据，当若所计算的当前左帧和当前右帧各自的前一左帧和右帧为语音帧，则将当前左帧和当前右帧直接作为语音帧输出，否则将当前左帧和当前右帧通过高通滤波后输出，由此减小风噪声，提高助听效果。

Description

用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法

技术领域

本发明涉及一种数字助听器的风噪声抑制方法，特别涉及一种用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法。

背景技术

噪声问题一直是困扰助听器佩戴者的一个大问题，而提高助听器在噪声环境下的语音清晰度和舒适度也一直是助听器研究的重点方向。生活中噪声有很多种，按频谱分类可分为瞬间噪音，稳定噪音和言语间的噪音。此外，在某些特定环境，也会出现一些“言语噪音”，比如聚会，人多的时候。而还有某些噪音，则是由于配戴助听器后出现的，比如啸叫，本机噪音，风噪声等。

风噪声是由于空气在麦克风口的湍流，引起麦克风不规则震动，通过放大器放大，而产生的低频“呜呜”响的声音。风噪声信号和风的速度和方向等因素有关，具有非平稳以及不可预测等特性，风噪声的能量主要集中在低频。

维纳滤波和谱减法是常用的噪声抑制方法，但是两种方法均假设噪声信号是平稳或准平稳的，但是风噪声具有高度的非平稳以及不可预测性，因而并不适用。

其他的方法如基于隐形马尔科夫模型以及非负稀疏编码的噪声抑制方法，这类方法需要对语音或者噪声信号建立训练模型，同时运算复杂度较高，往往超出数字助听器的处理器运算能力所能接受的范围。

此外还有一类基于语音和噪声检测的风噪声抑制方法，通过语音与噪声本身特性的不同，将语音帧与噪声帧分离开来，区别对待，从而达到抑制噪声的效果。

常用的语音检测技术有基于短时能量、短时过零率、熵函数、倒谱系数、LPC等。在平稳噪声或者高信噪比的情况下效果较好，但对于低信噪比情况下往往容易出现漏检或虚检的情况。

双麦克风助听器是具有两个麦克风录音装置，和单麦克风助听器相比具有很多优点，如可以通过改变某一路麦克风接收信号的延迟来实现不同的麦克风指向性，从而达到增强某一方向的信号而抑制其他方向信号的效果，并且可以实现全向和方向性模式的自由切换。

因此，如何降低双麦克风助听器的风噪声，以改善使用者的听力实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，以提高助听器的助听效果。

为了达到上述目的及其他目的，本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，步骤：1)对左右两个麦克风同时段各自接入的信号分别以预设的帧长进行分帧处理，以形成包含多个左帧的左组多帧输入信号和包含多个右帧的右组多帧输入信号，且各左帧和右帧一一对应；2)在左组多帧输入信号中计算一左帧的信号能量值、在右组多帧输入信号中计算相应的一右帧的信号能量值、及左右两帧之间的互相关系数；3)根据预设的单麦克风短时能量阈值以及双麦克风相关性比例阈值、和所计算出的左右两帧各自的信号能量值及互相关系数，判断当前所计算的当前左帧和当前右帧是语音帧还是噪声帧，以作为后一左帧和后一右帧的处理依据；以及4)若所计算的当前左帧和当前右帧各自的前一左帧和右帧为语音帧，则将当前左帧和当前右帧直接作为语音帧输出，而若所计算的当前左帧和当前右帧的前一左帧和右帧为噪声帧，则将当前左帧和当前右帧通过高通滤波滤除低频信号后输出。

其中，若左帧和右帧分别为x₁(k)和x₂(k)，k＝1，2，...M，则两帧的信号能量值按照公式：

来计算，按照公式

来计算互相关系数，其中，E₁、E₂分别为两帧的信号能量值，E_1，2为互相关系数；而若单麦克风短时能量阈值为T_s，双麦克风相关性比例阈值为T_c，则：当E₁＜T_s且E₂＜T_s，可判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；当E₁＞T_s或E₂＞T_s时，若

可判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；若

可判定所计算的当前左帧和右帧为语音帧。此外，也可采用对数值来判断，即当E_1，2＞0，若log E_1，2-log max(E₁，E₂)＜log T_c，可判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧，若log E_1，2-log max(E₁，E₂)＞log T_c，则判定所计算的当前左帧和右帧为语音帧；而E_1，2＜0则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧。

优选的，左组多帧输入信号中的前后两左帧之间具有重叠，右组多帧输入信号中的前后两右帧之间也具有重叠。

优选的，左组多帧输入信号和右组多帧输入信号中的第1帧都直接作为语音帧输出。

综上所述，本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法通过计算输入信号的能量值，并与预设的各阈值进行比较即可判断出信号帧和噪声帧，并将噪声帧进行高通处理后输出，可有效减小输入信号中的风噪声，提高助听器的助听效果。

附图说明

图1为本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法工作流程示意图。

图2为本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法的判断噪声帧和语音帧的流程图。

图3为本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法的对噪声帧和语音帧的处理流程示意图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法主要包括以下步骤：

第一步，对左右两个麦克风同时段各自接入的信号分别以预设的帧长进行分帧处理，以形成包含多个左帧的左组多帧输入信号和包含多个右帧的右组多帧输入信号，且各左帧和右帧一一对应。在本实施例中，每一帧帧长预设为20ms，前后两帧之间有10ms的重叠，若采样率为16kHz，则左帧和右帧的帧长都为320采样点，前后帧之间的重叠为160采样点。

第二步，在左组多帧输入信号中计算一左帧的信号能量值、在右组多帧输入信号中计算相应的一右帧的信号能量值、及左右两帧之间的互相关系数。例如，若采样后的一左帧和相应右帧分别为x₁(k)和x₂(k)，k＝1，2，...M，则两帧的信号能量值分别为

互相关系数为

第三步，根据预设的单麦克风短时能量阈值以及双麦克风相关性比例阈值、和所计算出的左右两帧各自的信号能量值及互相关系数，判断当前所计算的当前左帧和当前右帧是语音帧还是噪声帧，以作为后一左帧和后一右帧的处理依据。例如，若预设的单麦克风短时能量阈值为T_s，双麦克风相关性比例阈值为T_c，则：

(a)若E₁＜T_s且E₂＜T_s，则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；

(b)若E₁＞T_s或E₂＞T_s，再进一步地判断：

若

则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；

若

则判定所计算的当前左帧和右帧为语音帧。

由于除法操作耗时较长，而助听器内置的数字信号处理芯片常常没有专门的除法指令，但通常都有对数指令，因此也可采用取对数后再相减的方法来避免除法操作。如图2所示，若单麦克风短时能量阈值为T_s，双麦克风相关性比例阈值为T_c，则：先比较E₁、E₂和单麦克风短时能量阈值为T_s的关系，即E₁和E₂是否均小于阈值T_s，若是，则判定当前左帧和右帧都是噪声帧，否则，判断E_1，2是否小于0，若是则当前左帧和右帧都为噪声帧，否则计算max(E₁，E₂)和E_1，2的对数值log max(E₁，E₂)和log E_1，2，并比较log max(E₁，E₂)和log E_1，2的差和相关对比性比例阈值log T_c的关系，即log E_1，2-log max(E₁，E₂)是否小于log T_c，若否则判定当前左帧和右帧为语音帧，若是则判定当前左帧和右帧为噪声帧。

第四步，若所计算的当前左帧和当前右帧各自的前一左帧和右帧为语音帧，则将当前左帧和当前右帧直接作为语音帧输出，而若所计算的当前左帧和当前右帧的前一左帧和右帧为噪声帧，则将当前左帧和当前右帧通过高通滤波滤除低频信号后输出。如图3所示，左右麦克风接入的信号进行分帧后，由于噪声帧需要经过高通滤波而语音帧不需要滤波，为避免第一帧出现误判而造成信号低频损失，可先将第一左帧和第一右帧作为语音帧直接输出，然后对第一左帧和第一右帧进行语音和噪声识别，将识别结果保存后，处理第二左帧和第二右帧时，先读取第一左帧和第一右帧的识别结果，即是否是噪声帧，若是则将第二左帧和第二右帧通过高通滤波后输出，如果不是噪声帧而是语音帧，则将第二左帧和第二右帧直接输出，然后判断和识别第二左帧和右帧，以便作为第三左帧和第三右帧的处理依据，以此依序对各左帧和右帧进行处理，以减小风噪声。

综上所述，本发明的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法通过简单的计算比较后即可识别麦克风接入的信号是否为噪声信号还是语音信号，对噪声信号则进行高通滤波，由此可有效减小助听器的风噪声，提高助听器的助听效果。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于包括步骤：

1)对左右两个麦克风同时段各自接入的信号分别以预设的帧长进行分帧处理，以形成包含多个左帧的左组多帧输入信号和包含多个右帧的右组多帧输入信号，且各左帧和右帧一一对应；

2)在左组多帧输入信号中计算一左帧的信号能量值、在右组多帧输入信号中计算相应的一右帧的信号能量值、及左右两帧之间的互相关系数；

3)根据预设的单麦克风短时能量阈值以及双麦克风相关性比例阈值、和所计算出的左右两帧各自的信号能量值及互相关系数，判断当前所计算的当前左帧和当前右帧是语音帧还是噪声帧，以作为后一左帧和后一右帧的处理依据；

4)若所计算的当前左帧和当前右帧各自的前一左帧和右帧为语音帧，则将当前左帧和当前右帧直接作为语音帧输出，而若所计算的当前左帧和当前右帧的前一左帧和右帧为噪声帧，则将当前左帧和当前右帧通过高通滤波滤除低频信号后输出。

2.如权利要求1所述的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于：若左帧和右帧分别为x₁(k)和x₂(k)，k＝1，2，...M，则两帧的信号能量值按照公式：

来计算，按照公式

来计算互相关系数，

其中，E₁、E₂分别为两帧的信号能量值，E_1，2为互相关系数。

3.如权利要求2所述的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于：若单麦克风短时能量阈值为T_s，双麦克风相关性比例阈值为T_c，则：

(b)若E₁＞T_s或E₂＞T_s，再进一步地判断：

若

则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；

若

则判定所计算的当前左帧和右帧为语音帧。

4.如权利要求2所述的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于：若单麦克风短时能量阈值为T_s，双麦克风相关性比例阈值为T_c，则：

(c)若E₁＜T_s且E₂＜T_s，则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；

(d)若E₁＞T_s或E₂＞T_s，再当E_1，2＞0时进一步地判断：

若logE_1，2-logmax(E₁，E₂)＜1ogT_c，则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧；

若logE_1，2-logmax(E₁，E₂)＞logT_c，则判定所计算的当前左帧和右帧为语音帧；

而E_1，2＜0则判定所计算的当前左帧和右帧为噪声帧。

5.如权利要求1所述的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于：左组多帧输入信号中的前后两左帧之间具有重叠，右组多帧输入信号中的前后两右帧之间也具有重叠。

6.如权利要求1所述的用于双麦克风数字助听器的风噪声抑制方法，其特征在于：左组多帧输入信号和右组多帧输入信号中的第1帧都直接作为语音帧输出。