CN102469387A - 抑制噪音系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种抑制噪音系统与方法，抑制噪音系统，适用于一移动通信装置上，包括：至少二个麦克风，分别传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号；一前处理装置，耦接该至少二个麦克风，用以对该第一与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一与第二音频信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号；以及一抑制噪音装置，耦接于该前处理单元，用以对该第一与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。本发明提供的抑制噪音系统与方法，是通过设置至少两个全向麦克风于该移动通信装置，并结合时域处理的维纳滤波器、具有最小均方差误差法的滤波器与多频带带通滤波器的算法程序，达到噪音消除并提升语音质。

Description

抑制噪音系统与方法
技术领域
本发明涉及一种抑制噪音的系统与方法，尤其涉及一种应用于移动通信装置的抑制噪音的系统与方法。
背景技术
移动通信装置对现代人来说愈来愈重要，不管是在火车、捷运、车站或是闹区，人们常常必须不停的与其它人保持联系，此时移动通信产品的音频质量就显得很重要。尤其在现今社会中，噪音充斥在每个地方，无所不在地影响着人们日常的生活，干扰人们的语音沟通。由于环境背景噪音时常会和语音混在一起，同时进入麦克风中，导致远程的受话者听不清楚，故环境背景杂音严重影响收音质量。既然环境背景杂音严重影响移动电话收音质量，在公共场所使用移动通信随处可见。从目前移动通信产品(MOTO、Google phone、iphone等移动电话)趋势看来，移动电话中加入降噪功能且均使用两全向麦克风已蔚为趋势。
请参阅图1A所示，为显示美国专利号U.S.Patent No.7,577,262所揭露的一种具备噪音消除与指向功能的小型麦克风阵列系统。此具备噪音消除与指向功能的小型麦克风阵列系统是利用两个指向性麦克风，一个为主麦克风，而另一个为参考麦克风，将主麦克风的信号输入一适应性(adaptive)滤波器后，减去参考麦克风的信号，以便取得较精确的参考噪音之后，再通过后端的降噪滤波器将主麦克风中的噪音作消除。
而图1B为显示美国专利号U.S.Patent No.7,577,262所揭露的一种抑制语音噪音技术。此抑制语音噪音技术利用双麦克风，一主要麦克风，一为参考麦克风，将两麦克风的信号利用快速傅利叶转换(fast Fourier transform，FFT)换至频域后做降噪，最后再利用快速傅利叶反转换(Inverse fast Fourier transform，IFFT)将声音转换回时域输出。
此外，图1C为显示美国专利号U.S.Patent No.7,706,549所揭露一种广域小阵列麦克风声束形成装置。此广域小阵列麦克风声束形成装置利用两个全向麦克风为输入，经过校正后，利用指向单元产生指向麦克风的效果。然后，指向单元产生的信号再与第一麦克风的信号一起输入至后端的降噪模块。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种抑制噪音系统与方法，其分别设置至少两个全向麦克风于该移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端与下端，或移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端或下端与中间部分，并结合时域处理的维纳滤波器、具有最小均方差误差法的滤波器与多频带带通滤波器的算法程序，达到噪音消除并提升语音质。
在一实施例，本发明提供一种抑制噪音系统，此系统包含：至少二个麦克风，分别传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号；一前处理装置，耦接该至少二个麦克风，用以对该第一与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一与第二音频信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号；以及一抑制噪音装置，耦接于该前处理单元，用以对该第一与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。
在一实施例，本发明提供一种抑制噪音方法，其步骤包括：传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号；对该第一与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一音频信号与该第音频二信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号；以及对该第一与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。
本发明的功效在于，本发明提供的抑制噪音系统与方法，是通过设置至少两个全向麦克风于该移动通信装置，并结合时域处理的维纳滤波器、具有最小均方差误差法的滤波器与多频带带通滤波器的算法程序，达到噪音消除并提升语音质。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A、图1B、图1C为显示现有的抑制噪音系统；
图2为显示根据本发明的一实施例的适用于一移动通信上的一抑制噪音装置2；
图3的详细区块图为显示根据本发明的一实施例的一抑制噪音装置2；
图4为显示根据本发明的一实施例的抑制噪音方法；以及
图5为显示应用本发明的抑制噪音装置与方法的应用案例。
元件其中，附图标记
2             抑制噪音系统
20，21        麦克风
22            前处理装置
23            抑制噪音装置
24            后处理装置
30            高频取样单元
31            降频单元
32            双频带滤波器
33            放大单元
34            双通道滤波器
35            单通道滤波单元
36            多频带带通滤波器
37            放大单元
s401～s403    步骤
具体实施方式
为能对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认知与了解，下文特将本发明的装置的相关细部结构以及设计理念由原由进行说明，以可以了解本发明的特点，详细说明陈述如下：
图2为显示根据本发明的一实施例的适用于一移动通信上的一抑制噪音系统2。此抑制噪音系统2包括：至少二个麦克风20，21、一前处理装置22、一抑制噪音装置23以及一后处理装置24。该至少二个麦克风20，21，由一噪音环境接收一声音信息，并分别传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号至该前处理装置22，其中该第一音频信号为主要音频信号。此外，该至少二个麦克风20，21皆为全向麦克风，并分别设置于该移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端与下端，或移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端或下端与中间部分。该至少二个麦克风20，21内分别设置一感测元件，且该感测元件可为微机电(microelectronic mechanical system，MEMS)元件或电极式电容(Electret Condenser Microphone，ECM)元件。
该前处理装置22，耦接该至少二个麦克风20，21，用以对该第一与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号。更详细而言，该前处理装置22，根据大于人声特征频率(8khz)的一频率，对该第一与第二音频信号作高频取样，例如44.1khz，但不以此为限。接着，将取样的该第一与第二音频信降频至8khz。该抑制噪音装置23，耦接于该前处理单元22，用以对该第一与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。该后处理装置24，耦接该抑制噪音装置，用以修饰该第三音频信号。
图3的详细区块图为显示根据本发明的一实施例的一抑制噪音装置2。于本实施例，该前处理装置22还包括：一高频取样单元30，用以接收该第一与第二音频信号，并根据一高频电压，对该第一与第二音频信号作高频取样；一降频单元31，耦接该高频取样单元30，用以根据一低频电压，对取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理；一双频带滤波器32，耦接该降频单元，用以纯化该第一与第二音频信号的噪音，并分别输出该第一调整音频信号与该第二调整音频信号，其中该第一调整音频信号为纯化后的该第一音频信号叠加纯化后的该第二音频信号。其中，该高频取样频率至少大于8khz，而该低频取样频率为8khz，但不以此为限。其中，该前置处理装置22还包括一放大单元33，耦接该双频带滤波器，用以放大该第一与第二调整音频信号。
于本实施例，该抑制噪音装置23还包括：一双通道滤波器34，用以接收该第一与第二调整音频信号，并滤除该第一与第二调整音频信号的噪音，进而输出一第三调整音频信号；以及一单通道滤波单元35，耦接该双通道滤波器34，用以滤除该第三调整音频信号的噪音，进而输出该第三音频信号。其中，该双通道滤波器34可为具有时域处理的一维纳(wiener)滤波器且该单通道滤波单元35可为一具有最小均方误差法(minimum mean square error，以下简称MMSE)的滤波器。
于本实施例，该后处理装置24还包括：一多频带带通滤波器36，用以接收与修饰该第三音频信号；以及一放大单元37，耦接该多频带带通滤波器，用以放大该第三音频信号。
图4为显示根据本发明的一实施例的抑制噪音方法，其步骤包括：传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号(步骤S401)；对该第一与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号(步骤S402)；以及对该第一与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号(步骤S403)。
于此实施例中，可搭配图3的抑制噪音系统来详细说明其步骤此实施例的抑制噪音方法。首先，至少二个麦克风20，21，由一噪音环境接收一声音信息，并分别传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号至该前处理装置22。接下来，该前处理装置22内的高频取样单元30，用以接收该第一与第二音频信号，并根据一高频取样频率，对该第一与第二音频信号作高频取样，且该高频取样频率至少大于8khz；该前处理装置22内的降频单元31，用以根据一低频取样频率，对取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理，且该低频取样频率可为8khz；该前处理装置22内的双频带滤波器32，用以纯化该第一与第二音频信号的噪音，并分别输出该第一调整信号与该第二调整信号，其中该第一调整信号为纯化后的该第一音频信号叠加纯化后的该第二音频信号。其中，该第一与第二调整信号可在该第一音频信号叠加该第二音频信号之前或之后作一放大处理。
接下来，抑制噪音装置23内的双通道滤波器34，用以接收该第一与第二调整音频信号，并滤除该第一与第二调整音频信号的噪音，进而输出一第三调整音频信号以及其内的单通道滤波单元35，用以滤除该第三调整音频信号的噪音，进而输出该第三音频信号。接下来，该后处理装置24内的多频带带通滤波器36，用以接收与修饰该第三音频信号，且可根据实际设计与需要，对该第三音频信号作等化(equalization)或美化处理，还可利用该后处理装置24内的放大单元37作放大处理。
图5为显示应用本发明的抑制噪音装置与方法的应用案例。如图5所示，应用本发明的(1)与(2)的两个移动通信装置，其经处理的音频信号会明显地位于二频带之间(例如500hz与1000hz)，然而，未应用本发明处理的(3)与(4)两个移动通信装置将会因噪音的干扰，而分布于众多个频带之间。
综上，上述实施例揭示的抑制噪音系统与方法，其分别设置至少两个全向麦克风于该移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端与下端，或移动通信装置的两面(例如正面与背面或两侧面)的上端或下端与中间部分，并结合时域处理的维纳滤波器、具有最小均方差误差法的滤波器与多频带带通滤波器的算法程序，达到噪音消除并提升语音质。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (27)

1.一种抑制噪音系统，适用于一移动通信装置上，其特征在于，包括：
至少二个麦克风，分别传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号；
一前处理装置，耦接该至少二个麦克风，用以对该第一音频信号与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一音频信号与第二音频信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号；以及
一抑制噪音装置，耦接于该前处理单元，用以对该第一调整信号与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。
2.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该至少二个麦克风为全向麦克风。
3.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该至少二个麦克风分别设置于该移动装置的正面与背面或两侧面。
4.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该至少二个麦克风分别设置于该移动装置的上端与下端，或为上端或下端与中间部分。
5.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该至少二个麦克风内分别设置一感测元件，且该感测元件为微机电元件或电极式电容元件。
6.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该前处理装置，还包括：
一高频取样单元，用以接收该第一音频信号与第二音频信号，并根据一高频取样频率，对该第一音频信号与第二音频信号作高频取样；
一降频单元，耦接该高频取样单元，用以根据一低频取样频率，对取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理；
一双频带滤波器，耦接该降频单元，用以纯化该第一音频信号与第二音频信号的噪音，并分别输出该第一调整信号与第二调整信号，其中该第一调整信号为纯化后的该第一音频信号叠加纯化后的该第二音频信号。
7.根据权利要求6所述的抑制噪音系统，其特征在于，还包括：
一放大单元，耦接该双频带滤波器，用以放大该第一调整信号与第二调整信号。
8.根据权利要求6所述的抑制噪音系统，其特征在于，该高频的取样频率大于8khz。
9.根据权利要求6所述的抑制噪音系统，其特征在于，该低频取样频率为8khz。
10.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，该抑制噪音装置还包括：
一双通道滤波器，用以接收该第一调整信号与第二调整信号，并滤除该第一调整信号与第二调整信号的噪音，进而输出一第三调整信号；以及
一单通道滤波单元，耦接该双通道滤波器，用以滤除该第三调整信号的噪音，进而输出该第三音频信号。
11.根据权利要求10所述的抑制噪音系统，其特征在于，该双通道滤波器为一维纳滤波器。
12.根据权利要求10所述的抑制噪音系统，其特征在于，该单通道滤波单元为一具有最小均方误差法的滤波器。
13.根据权利要求1所述的抑制噪音系统，其特征在于，还包括：
一后处理装置，耦接该抑制噪音装置，用以修饰该第三音频信号。
14.根据权利要求13所述的抑制噪音系统，其特征在于，该后处理装置包括：
一多频带带通滤波器，用以接收与修饰该第三音频信号；以及
一放大单元，耦接该多频带带通滤波器，用以放大该第三音频信号。
15.一种抑制噪音方法，适用于一移动通信装置上，其特征在于，包括：
传送具有噪音的一第一音频信号与一第二音频信号；
对该第一音频信号与第二音频信号作高频取样，并将取样的该第一音频信号与该第音频二信号作降频处理，进而产生一第一调整信号与一第二调整信号；以及
对该第一调整信号与第二调整信号的噪音作二次滤除，并输出一第三音频信号。
16.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
根据一高频电压，对该第一音频信号与第二音频信号作高频取样。
17.根据权利要求16所述的抑制噪音方法，其特征在于，该高频取样频率至少于8khz。
18.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
根据一低频取样频率，对取样的该第一音频信号与该第二音频信号作降频处理。
19.根据权利要求18所述的抑制噪音方法，其特征在于，该低频取样频率为8khz。
20.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
纯化该第一音频信号与第二音频信号的噪音，并分别输出该第一调整信号与该第二调整信号，其中该第一调整信号为纯化后的该第一音频信号叠加纯化后的该第二音频信号。
21.根据权利要求20所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
放大该第一调整信号与第二调整信号。
22.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
通过一双通道滤波器滤除该第一调整信号与第二调整信号的噪音，进而输出一第三调整信号。
23.根据权利要求22所述的抑制噪音方法，其特征在于，该双通道滤波器为一维纳滤波器。
24.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
通过一单通道滤波单元滤除该滤除该第三调整信号的噪音，进而输出该第三音频信号。
25.根据权利要求24所述的抑制噪音方法，其特征在于，该单通道滤波单元为一具有最小均方误差法的滤波器。
26.根据权利要求15所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
通过一多频带带通滤波器接收与修饰该第三音频信号。
27.根据权利要求22所述的抑制噪音方法，其特征在于，还包括：
放大该第三音频信号。
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