CN104737475A - 针对具有多个声学区域的车载通信系统的风噪声检测 - Google Patents

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Abstract

一种具有多个声学区域的车载通信(ICC)系统，所述声学区域具有变化的声学环境。至少一个声学区域内的至少一个输入话筒产生来自一个或多个系统用户的相应的话筒信号。至少一个声学区域内的至少一个扬声器向系统用户提供声学音频。风噪声模块做出风噪声何时存在于话筒信号中的确定，并且基于所述确定来修改话筒信号。

Description

针对具有多个声学区域的车载通信系统的风噪声检测
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2013年1月18日递交的美国临时申请61/754,091的优先权，以及于2012年6月10日递交的美国临时申请61/657,863的优先权，故通过引用方式将以上申请并入本文。
技术领域
本发明涉及语音信号处理，特别是机动车中的语音信号处理。
背景技术
车载通信(ICC)系统通过补偿两个对话对端之间的声学损耗来在交通工具中的乘客之间提供增强的通信。存在针对这种声学损耗的若干原因。例如，典型地，司机无法转身对着坐在交通工具后排的听众，并且因此他对着风挡讲话。这可能导致他的语音信号的10dB-15dB的衰减。为了提高从前排乘客到后排乘客的通信路径上的可识度和声音质量，语音信号由一个或若干话筒记录、由ICC系统处理并且在后排扬声器回放。通过使用两个单向ICC实例，可以实现还能增强后排乘客对前排乘客的语音信号的双向ICC系统。
图1示出了针对由驾驶员/前排乘客和后排乘客表示的两个声学区域的示例性双向ICC系统，其中，该系统针对每个声学区域创建了专用的ICC实例。由针对这样的系统的两个声学区域中的每一个的ICC实例所使用的信号处理模块典型地包括波束成形(BF)、降噪(NR)、信号混合(例如针对驾驶员和前排乘客)、自动增益控制(AGC)、反馈抑制(陷波(notch))、噪声相关的增益控制(NDGC)和均衡，如图2所示。波束成形将话筒阵列的波束导引到特定的讲话者位置，例如驾驶员的座位或副驾驶员的座位。使用降噪来避免或至少缓和通过ICC系统传送的背景噪声。由于讲话者通常具有不同的讲话习惯，尤其是他们的语音音量，因此可以使用AGC来获得针对后排乘客的恒定的音频感受，而无论实际的讲话者是谁。通常需要反馈抑制来保证包括扬声器、交通工具内部和话筒的闭环的稳定性。使用NDGC来优化针对听众的声音质量，特别是回放信号的音量。另外，回放音量可以由限幅器来控制。需要均衡来使得该系统适应特定的交通工具，以及来优化针对后排乘客的语音质量。
发明内容
本发明的实施例旨在具有多个声学区域(其具有变化的声学环境)的车载通信(ICC)系统。至少一个声学区域内的至少一个输入话筒产生(develop)来自一个或多个系统用户的相应的话筒信号。至少一个声学区域内的至少一个扬声器向系统用户提供声学音频。风噪声模块做出风噪声何时存在于话筒信号中的确定并且基于所述确定对话筒信号进行修改。
使用基于话筒对数功率比的阈值判决，风噪声模块可以确定风噪声何时存在；例如，基于话筒对数功率比的协方差。另外地或替代地，使用针对多个话筒的风脉冲检测算法，风噪声模块可以确定风噪声何时存在。风脉冲检测算法可以使用应用于话筒信号的时间-频率谱的补偿因子；例如，该补偿因子可以均衡话筒信号的一个或多个中频带。或者，风噪声模块可以基于针对风噪声的频谱特征特性来确定风噪声何时存在。当风噪声存在时，风噪声模块可以使话筒信号静音(mute)、衰减话筒信号、执行风噪声抑制和/或对话筒信号进行滤波。
附图说明
通过参照接下来的详细描述(参照附图来理解)，将更容易地理解实施例的前述特征，在附图中：
图1示出了针对由驾驶员/前排乘客和后排乘客表示的两个声学区域的示例性系统。
图2示出了在图1的系统的两个区域中的每一个中所使用的示例性信号处理模块。
图3根据本发明的实施例示出了具有风噪声模块的示例性车载通信(ICC)系统。
具体实施方式
本发明的实施例旨在针对多个声学区域的ICC系统，其检测风噪声何时存在并且相应地调整其操作。图3根据本发明的实施例示出了示例性交通工具语音通信系统，其包括具有风噪声模块302的ICC处理器301。ICC系统可能基本类似于图1中所示的ICC系统，其向语音服务室(compartment)提供服务，所述语音服务室例如容纳一个或多个乘客(其为系统用户)的机动车中的乘客室。虽然参照汽车明确地描述了ICC系统，但应当理解的是，它可以与任意的语音服务室和/或例如但不限于船舶或飞机的交通工具相关联。语音服务室包括具有变化声学环境的多个声学区域。至少一个声学区域内的至少一个输入话筒产生来自系统用户的话筒信号。至少一个声学区域内的至少一个扬声器向系统用户提供声学音频。ICC处理器可以包括可以在一个或多个计算机处理器设备上运行的硬件和/或软件。
针对每个声学区域，ICC处理器301包括具有多个信号处理模块的ICC实现，所述信号处理模块处理针对声学区域的话筒输入信号并且产生针对其它声学区域中的扬声器的经处理的音频输出。例如，针对每个声学区域的由ICC处理器301所使用的ICC实现可以基本上如以上结合图2所描述的。
ICC处理器301在任意给定时间将一个声学区域选为活动的，使用来自活动声学区域的一个或多个话筒信号并且向其它声学区域提供扬声器输出信号。ICC处理器31还禁用活动声学区域中的扬声器。风噪声模块302从每个声学区域获取信息以确定在给定话筒信号中何时存在风噪声。当风噪声发生时，风噪声模块302修改话筒信号的处理。例如，当风噪声存在时，风噪声模块302可以使话筒信号静音、衰减话筒信号、执行风噪声抑制和/或对话筒信号进行滤波。风噪声模块302还可以停止额外参数的使用，例如，ICC处理器301正在使用的来自不同声学区域的噪声估计和语音水平。
风噪声呈现出可被用来确定风噪声何时存在于话筒信号中的鲜明的频谱特性。例如，风噪声模块302明确地利用风噪声典型地发生在低频带(例如0Hz-500Hz中)而其余音频频带较少劣化(degrade)或甚至不受影响的事实。另外，风噪声模块302还使用来自用户的语音不仅由距离给定用户最近的座位专用的话筒所记录，还由每个声学区域的其余话筒所记录的事实。因此，话筒信号将在语音活动期间相关。然而，风噪声独立地影响每个话筒或甚至仅对单个话筒有影响。
因此，风噪声模块302可以使用开始检测方法(onset detection approach)来独立地处理每个话筒信号，所述开始检测方法比较每个话筒信号的时间轨迹，特别是在低频带中，并且使用两个或多个话筒信号的对数功率比的协方差来应用风噪声阈值判决。例如，在两个话筒的特定情形中，X1(n,k)和X2(n,k)指示第一和第二话筒在时间实例n和频段k的时间-频率谱。首先，在低频带中计算第一和第二话筒的对数功率：
P 1 ( n ) = 10 · log 10 ( 1 K Σ k = 0 K - 1 | X 1 ( n , k ) | 2 ) 和 P 2 ( n ) = 10 · log 10 ( 1 K Σ k = 0 K - 1 | X 2 ( n , k ) | 2 ) ,
其中K表示频段的数量。然后，使用对数功率比Δ(n)＝P1(n)-P2(n))来估计相应的方差Var(n)＝E{(Δ(n)-E{Δ(n)})2}.。当方差Var(n)超出预定的阈值时，检测到风噪声。
除了对数功率比协方差之外，风噪声模块302还使用表征风脉冲的第二测量。风噪声模块302将补偿因子应用于每个话筒信号的时间-频率谱。风噪声模块302计算补偿因子，使得针对每个话筒信号的一个或多个中频带的功率是相等的(中频带较少受到风噪声的影响)。补偿因子被应用于所有频带。在功率补偿之后，风噪声模块302比较所得到的低频功率。当风噪声存在时，对数功率比将显著提高。
可以以诸如VHDL、SystemC、Verilog、ASM等任意常规计算机编程语言来部分地实现本发明的实施例。本发明的替代实施例可以实现为预编程的硬件单元、其它相关的组件，或实现为硬件组件与软件组件的组合。
实施例可以部分地实现为与计算机系统一起使用的计算机程序产品。这样的实现可以包括一系列计算机指令，所述一系列计算机指令固定在例如计算机可读介质(例如软盘、CD-ROM、ROM或固定盘)的有形介质上，或者经由调制解调器或其它接口设备(例如通过介质连接到网络的通信适配器)可发送到计算机系统。所述介质可以是有形介质(例如，光学或模拟通信线路)或者是利用无线技术(例如，微波、红外线或其它传输技术)实现的介质。所述一系列计算机指令体现参照该系统在本文先前所描述的功能的全部或部分。本领域的技术人员应当理解，这样的计算机指令可以以数种编程语言来编写，以与许多计算机架构或操作系统一起使用。此外，这样的指令可以存储在诸如半导体、磁的、光学的或其它存储设备的任意存储设备中，并且可以使用诸如光学的、红外的、微波或其它传输技术的任意通信技术来传输。预期这样的计算机程序产品可以作为具有附属打印或电子文件的可移动介质(例如，收缩包装软件(shrink wrapped software))进行分发，预加载到计算机系统(例如在系统ROM上或固定盘上)，或通过网络(例如互联网或万维网)从服务器或电子公告板来分发。当然，本发明的一些实施例可以实现为软件(例如，计算机程序产品)和硬件二者的组合。本发明的其它实施例实现为完全的硬件或完全的软件(例如，计算机程序产品)。
虽然已经公开了本发明的各种示例性实施例已经公开，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不脱离本发明的真实保护范围的情况下做出将实现本发明的一些优势的各种改变和修改。例如，本发明的实施例可以明确地在单向ICC系统或多向ICC系统中实现。

Claims (22)

1.一种用于具有变化的声学环境的多个声学区域的车载通信(ICC)系统，所述系统包括：
至少一个声学区域内的至少一个输入话筒，其产生来自一个或多个系统用户的相应的话筒信号；
至少一个声学区域内的至少一个扬声器，其向所述系统用户提供声学音频；
风噪声模块，其做出风噪声何时存在于所述话筒信号中的确定，并且基于所述确定来修改所述话筒信号。
2.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，所述风噪声模块基于对信号功率或幅值的分析使用阈值判决来确定风噪声何时存在。
3.根据权利要求2所述的ICC系统，其中，所述阈值判决基于对所述话筒信号功率或幅值的统计学分析。
4.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，所述风噪声模块使用针对多个话筒的风脉冲检测算法来确定风噪声何时存在。
5.根据权利要求4所述的ICC系统，其中，所述风脉冲检测算法使用应用于所述话筒信号的时间-频率谱的补偿因子。
6.根据权利要求5所述的ICC系统，其中，所述补偿因子均衡所述话筒信号的一个或多个中频带。
7.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，所述风噪声模块基于对应于风噪声的频谱特征特性来确定风噪声何时存在。
8.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，当风噪声存在时，所述风噪声模块使所述话筒信号静音。
9.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，当风噪声存在时，所述风噪声模块衰减所述话筒信号。
10.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，当风噪声存在时，所述风噪声模块执行对所述话筒信号的风噪声抑制。
11.根据权利要求1所述的ICC系统，其中，当风噪声存在时，所述风噪声模块对所述话筒信号进行滤波。
12.一种由计算机实施的方法，其针对具有变化的声学环境的多个声学区域使用用于车载通信(ICC)的一个或多个计算机过程，所述方法包括：
针对至少一个声学区域，产生来自系统用户的至少一个话筒信号；
利用至少一个声学区域内的至少一个扬声器向系统用户提供声学音频；以及
做出风噪声何时存在于所述话筒信号中的确定，并且基于所述确定来修改所述话筒信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，将基于对信号功率或幅值的分析的阈值判决用于确定风噪声何时存在。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述阈值判决基于对所述话筒信号功率或幅值的统计学分析。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，将针对多个话筒的风脉冲检测算法用于确定风噪声何时存在。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述风脉冲检测算法使用应用于所述话筒信号的时间-频率谱的补偿因子。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述补偿因子均衡所述话筒信号的一个或多个中频带。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，将针对风噪声的频谱特性特征用于确定风噪声何时存在。
19.根据权利要求12所述的方法，其中，当风噪声存在时，使所述话筒信号静音。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，当风噪声存在时，衰减所述话筒信号。
21.根据权利要求12所述的方法，其中，当风噪声存在时，修改所述话筒信号以接收风噪声抑制。
22.根据权利要求12所述的方法，其中，当风噪声存在时，对所述话筒信号进行滤波。
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