CN103310797B - 噪声与语音信号提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种噪声与语音信号提取装置，包括壳体、声音收集装置和声音处理装置，壳体的外侧面包括采集锥孔，采集锥孔末端部设有采集腔，声音收集装置的采集端与采集腔的腔壁连接，输出端与所述声音处理装置连接，声音处理装置提取声音收集装置收集的声音信号中的语音信号。本发明公开的噪声与语音信号提取装置具有便于携带，精细采集声信号，并能对采集的声信号进行精细分析处理和传输，实现利用背景噪声抑制背景噪声并突出言语声特征的特点。
Description
技术领域
本发明属于听力学领域，尤其是涉及一种噪声与语音信号提取装置。
背景技术
对夹杂在噪声中的语音信号进行提取，就目前所应用的人工听觉装置很难实现对所需的声音信号进行采集。即在背景噪声环境中，语音往往被噪声“淹没”，从而不能将人们所需的语音信号与噪声区分开，导致言语交流困难。
现今，包括助听器和人工电子耳蜗在内的各种人工听觉装置的应用越来越多，这些人工听觉装置在安静或相对安静的环境中提高了听觉障碍者的听觉语言交流能力，带给用户极大的帮助。但是在人多的嘈杂环境中用户无法提取信息并有效的进行交流。例如在餐厅、学校、会场等，因为背景噪声成分多为语言声，人工听觉装置很难提取交流对象的语音信息，所以，在这种环境下会发生交流困难。虽然有些助听器采用多个麦克风采集处理环境信号，这种方式对用户有所帮助，但仍然不能解决从上述嘈杂环境的语言噪声中提取语言信息的问题。这种方式受制于助听器体积和芯片运算速度以及其它技术问题的限制，一是麦克风数量通常是两个，而且是在体积较大的耳背机上使用，深耳道式的助听器无法安装；二是助听器芯片处理速度不能满足同时处理两个以上麦克风采集的声音信息的需要；三是助听器芯片不支持更多麦克风采集声信号的输入等。
为了方便人们接听特定方向/对象的声音信号，出现了FM（调频）系统，在一定程度上解决了上述问题。FM（调频）系统是与人工听觉装置配套使用的语音无线传输系统。讲话者需佩戴麦克风和发射机，听者佩戴接收机和助听器，接收机与助听器通过电感或蓝牙无线传输，由于讲者将麦克风放在胸前，其语音经麦克风和发射机通过FM传送到接收机，接收机通过蓝牙或电感传输到助听器，这样就避免了讲者与听者相距一定空间之间的嘈杂声，通常用于教学或观看电视。这种形式仅仅是信号采集和传送，并不具备分析处理的功能，不适用多人嘈杂环境下的多人之间的交流，因为不可能做到交流前每人佩戴一个麦克风和发射机之后，才开始交流。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便于携带，精细采集声信号，并能对采集的声信号进行精细分析处理和传输，实现利用背景噪声抑制背景噪声并突出言语声特征的噪声与语音信号提取装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种噪声与语音信号提取装置，包括壳体、声音收集装置和声音处理装置，壳体的外侧面包括采集锥孔，采集锥孔末端部设有采集腔，声音收集装置的采集端位于采集腔内，输出端与声音处理装置连接，声音处理装置提取声音收集装置收集的声音信号中的语音信号。
由于设有采集锥孔，从而便于外界声音信号进入采集锥孔；由于声音收集装置的采集端位于采集腔内，从而可以在壳体上增设多个采集锥孔和采集腔，进而可以安装多个声音收集装置，多方位收集声音信号，同时外界声音经过采集锥孔再进入采集腔上的声音收集装置，使得声音收集装置收集的声音部分经过采集锥孔的过滤，减少对噪声的收集，从而有利于有效声音信号的收集，通过声音处理装置对多方位收集的声音信号进行处理，从而实现对声音信号的精确采集。
在一些实施方式中，采集腔可以为球形腔，从而，能够降低进入到采集腔的声信号的反射，从而提高了声音收集装置的收集效率。
在一些实施方式中，采集锥孔和采集腔的内腔壁可以涂有涂敷层，由此，可以降低采集锥孔和采集腔内声音信号的反射。
在一些实施方式中，采集腔内壁包括安装孔，安装孔与采集端的外形相应，采集端通过安装孔位于采集腔内。设有安装孔便于声音收集装置采集端的安装，
在一些实施方式中，声音处理装置中包括缓冲存储器，存储声音处理装置接收的语音信号。设有缓冲存储器，可以把声音收集装置收集的声音信号进行实时存储，进而提高声音处理装置处理声音信号的精细度，不影响实时信号传输。
在一些实施方式中，声音处理装置的处理器为一个或多个DSP芯片，DSP芯片与声音收集装置相连接。设有多个DSP芯片，从而能够快速的将声音收集装置收集到的声音信号转换为数字信号并进行处理分析，提高处理速度。
在一些实施方式中，壳体上可以设有输出接口、控制开关和电池，输出接口和控制开关设置于壳体外侧面，输出接口、控制开关和电池分别与DSP芯片相连接，从而，方便处理后的声音的输出和控制，同时也减小了本发明的噪声与语音信号提取装置的占用的体积，设有电池可以对本装置提供电源，输出接口与DSP芯片相连接，可以实现DSP芯片处理后的声音信号能够实时输出，输出的声音信号可以为有线接收或无线接收，方便使用。
附图说明
图1是本发明的噪声与语音信号提取装置的一种实施方式的整体结构结构示意图；
图2是本发明的噪声与语音信号提取装置剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
参照图1和图2，中所示的噪声与语音信号提取装置，包括壳体1、声音收集装置2和声音处理装置3，壳体1的外侧面包括采集锥孔51，采集锥孔51末端部设有采集腔52，声音收集装置2的采集端位于采集腔52内，输出端与声音处理装置3连接，声音处理装置3提取声音收集装置2收集的声音信号中的语音信号。声音收集装置2为麦克风，壳体1为六面体，壳体1为钢质或高分子材料壳体，为了方便壳体1的放置，可以将六面体的任何一个尖角制成平面。壳体为多面体，从而便于在壳体上开设采集锥孔和采集腔，进而便于各方位声音的收集；壳体为密度较高的钢质或高分子材料壳体，可以降低嘈杂环境声通过壳体材料进入声音收集装置。壳体1每个面的外侧面向壳体1内部开设有一个采集锥孔51和一个采集腔52。
采集腔52为球形腔，采集腔52内壁包括安装孔521，安装孔521与采集端的外形相应，采集端通过安装孔521位于采集腔52内。采集锥孔51和采集腔52的内腔壁涂有涂敷层6，涂敷层6为厚度0.6mm的顺丁橡胶，降低采集锥孔51和采集腔52内表面的光洁度，降低采集锥孔51和采集腔52内声音的反射。麦克风安装在采集腔52底部的安装孔521处。
声音处理装置3中包括缓冲存储器31，声音处理装置3将接收的语音信号，通过缓冲存储器31实现存储。声音处理装置3的处理器为一个或多个DSP芯片（Digital Signal Processing，即数字信号处理器）32，DSP芯片32与声音收集装置2相连接，声音处理装置3通过读写装置，将声音收集装置2传送的声音信号置入DSP芯片32中。DSP芯片32通过导线与麦克风相连接，缓冲存储器31与DSP芯片32通过导线相连接，缓冲存储器31与声音收集装置2的输出端通过导线相连接。
壳体1上设有输出接口7、控制开关8和电池9，输出接口7和控制开关8设置于壳体1外侧面，输出接口7、控制开关8和电池9分别与DSP芯片32相连接，输出接口7与无线发射器连接或与音频线相连接，声音信号再由其他接收器接收。
本发明的噪声与语音信号提取装置在餐厅、酒会、会场、教室等环境中使用时，噪声来自四面八方，每个麦克风所接受的噪声频谱和声强一样，而所要接收的语音信号通常来自某一相对固定的方向，从而不同的麦克风所接收的语音信号不同，对于指向语音方向的麦克风接收信号声强较大，而背向或其它方向的语音信号的声强较弱。在一定时间段内，噪声声强和频谱基本一致，其它偶发性的声音则没有节奏变化的特征，而与使用者相进行对话交流的语音信号的声强和频谱具有一定的节奏变化。
在嘈杂的环境中，噪声源通常相比语音信号源的距离较远，语音的特征不会被背景噪声完全掩蔽。因此，通过在六面体的壳体1内设置六个指向不同方位的麦克风，可以实现在一些常见的嘈杂环境中区别噪声和语音信号。
在本发明DSP芯片32与计算机连接设定频率范围，人耳用于交流的可听范围在125Hz—8000Hz，通常语言的频响范围在350Hz—5000Hz，而对听觉障碍者来说可用于交流的语频在500Hz—2500Hz或更窄的范围即可。将设定频率范围的DSP芯片32安装在壳体1内。在使用时，缓冲存储器31把多个麦克风接收的具有频响连续变化特征的信号进行存储，从而可以将声音收集装置2收集的声音信号进行实时存储。缓冲存储器31将未经声音处理装置3处理的，由声音收集装置2收集的声音信号进行存储，从而不会遗漏所收集的声音信号，进而提高声音处理装置3处理声音信号的精细度，不影响声音信号的实时信号传输，并将收集的语音信号在所设定的频率范围内的语音信号传输至DSP芯片32，将多个麦克风采集的频谱范围恒定、声强相同的声音在DSP芯片32和DSP芯片32内具有数值分析功能的嵌入式软件经过频响分析设为背景噪声，对噪音信号进行反相抑制，过滤噪声，提取语音信号由输出接口7输出语音信号。
从而，实现了在嘈杂环境中过滤噪声、提取语言信号的功能，由于采用多点麦克风指向性采集信号，声音处理装置3可同时对不同方向的噪声和语音信号进行提取，区分。而且，为了提高采集精度，可以通过改变壳体1的表面形态，如采用四面体或八面体等，增加采集锥孔51和采集腔52和麦克风数量，从更多的方向采集声音信号，提高分析、处理精度。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，如桌面的形状的简单变化等，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.噪声与语音信号提取装置，其中，包括壳体(1)、声音收集装置(2)和声音处理装置(3)，所述壳体(1)的外侧面包括采集锥孔(51)，所述采集锥孔(52)末端部设有采集腔(52)，所述声音收集装置(2)的采集端位于采集腔(52)内，输出端与所述声音处理装置(3)连接，声音处理装置(3)通过声音收集装置(2)提取语音信号，壳体(1)为六面体，壳体(1)每个面的外侧面向壳体(1)内部开设有一个采集锥孔(51)和一个采集腔(52)。
2.根据权利要求1所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述采集腔(52)为球形腔。
3.根据权利要求2所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述采集锥孔(51)和采集腔(52)的内腔壁附着涂敷层(6)。
4.根据权利要求3所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述采集腔(52)内壁包括安装孔(521)，所述安装孔(521)与所述采集端的外形相应，所述采集端通过所述安装孔(521)位于所述采集腔(52)内。
5.根据权利要求1所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述声音处理装置(3)包括缓冲存储器(31)，存储所述声音处理装置(3)接收的语音信号。
6.根据权利要求5所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述声音处理装置(3)的处理器为一个或多个DSP芯片(32)，所述DSP芯片(32)与声音收集装置(2)相连接。
7.根据权利要求6所述的噪声与语音信号提取装置，其中，所述壳体(1)上还设有输出接口(7)、控制开关(8)和电池(9)，所述输出接口(7)和控制开关(8)设置于壳体(1)外侧面，所述输出接口(7)、控制开关(8)和电池(9)分别与DSP芯片(32)相连接。
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