CN104754430A

CN104754430A - 终端麦克风降噪装置和方法

Info

Publication number: CN104754430A
Application number: CN201310743846.XA
Authority: CN
Inventors: 付仕明; 程雪峰; 叶顺舟
Original assignee: Chongqing Cyit Communication Technologies Co Ltd
Current assignee: Keen (Chongqing) Microelectronics Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-07-01

Abstract

本发明实施例提供了一种终端麦克风降噪装置和方法，所述终端包括主麦克风和辅麦克风，所述装置包括：噪声估计模块，用于对主麦克风信号和辅麦克风信号进行噪声估计；获得主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性；单麦克风噪声消除模块，用于对主麦克风信号进行单麦克风噪声消除；双麦克风噪声消除模块，用于对主麦克风信号进行双麦克风噪声消除；切换模块，根据所述主麦克风噪声特性以及所述辅麦克风噪声特性，选择所述单麦克风噪声消除模块或双麦克风噪声消除模块进行噪声消除。本发明的装置和方法能根据不同的环境噪声情况自适应的选择适合的噪声消除方法，增强了终端麦克风降噪处理对不同环境噪声的适应性，提高了终端麦克风降噪处理的性能。

Description

终端麦克风降噪装置和方法

技术领域

本发明涉及到终端麦克风降噪技术，特别涉及到一种终端麦克风降噪装置和方法；

背景技术

由于环境噪声的存在，终端的麦克风在采集用户的有效话音时，也会同时采集到环境噪声，这些环境噪声会对终端采集到的有效话音造成噪声干扰，因此，在终端中，需要对麦克风采集到的信号进行降噪处理，降低噪声对有效话音信号的影响。

现有技术中，终端麦克风降噪处理有两种方式：

1、单麦克风降噪

参见图1，图1是单麦克风降噪装置的结构示意图，如图1所示，单麦克风降噪装置包括：

噪声估计模块，对主麦克风采集的主麦克风信号进行噪声估计；获取主麦克风噪声特性；

噪声估计模块可以采用各种具体的噪声估计方案，典型的如基于话音激活检测（简称，VAD）的短时能量噪声估计、短时过零率噪声估计与基于连续功率谱统计的最小值跟踪算法噪声估计等；

单麦克风噪声消除模块，根据主麦克风噪声特性对主麦克风信号进行噪声消除；获得有效话音信号;

噪声消除模块可以采用各种具体的噪声消除方案，典型的如谱减法或维纳滤波法;

单麦克风降噪的性能取决于前端噪声估计的准确性，其局限为：1）要求信噪比大于0dB；2）对噪声平稳性也有一定要求，其变化速度要明显低于噪声跟踪速度；3）由于旁道语音干扰在频谱特性上与有效话音难以区别，所以采用单麦克风降噪无法对旁道语音干扰进行消除。

2、双麦克降噪

双麦克风降噪主要思想是在终端上设置两个麦克风，理想情况下主麦克风采集的主麦克风信号为带环境噪声的语音信号，辅麦克风采集的辅麦克风信号仅包括环境噪声，且主、辅麦克风采集的环境噪声特性一致，两者相减则得到纯净语音信号。

双麦克风降噪通常不需要进行噪声估计，因此，其仅需要双麦克风噪声消除模块，所述双麦克风噪声消除模块利用主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性一致的特点来实现噪声消除。

双麦克风降噪模块可以采用各种具体的实现方案，一种典型的实现方案是通过自适应滤波的方式来实现噪声消除，参见图2，图2是一种典型的双麦克风降噪模块的结构示意图，包括：

话音激活检测模块，用于对主麦克风信号和辅麦克风信号进行检测，当检测到信号时，使能自适应滤波器对辅麦克风信号进行自适应滤波；

自适应滤波器，对辅麦克风信号进行自适应滤波；

减法器，将主麦克风信号与自适应滤波器输出的估计信号相减获得残差信号并作为话音信号输出，同时将所述残差信号反馈到所述自适应滤波器用于辅麦克风信号的滤波；

自适应滤波器的工作原理可通过下述公式描述：

滤波处理：

d (n) = Σ_{k = 0}^{m - 1} w (k) x_{2} (n - k)

（公式1）

残差信号计算：e(n)=x₁(n)-d(n)（公式2）

归一化步长计算：

μ = \frac{μ_{0}}{Σ_{k = 0}^{M - 1} x_{2}^{2} (n - k)}

（公式3）

滤波器权系数更新处理：wⁿ⁺¹(j)=wⁿ(j)+μe(j)x₂(j)(j=0,1,...,M-1)（公式4）

其中，M为滤波器阶数，μ₀为预设的滤波器步长；w(n)为滤波器权系数，μ为归一化步长，x¹(n)为主麦克风信号，x₂(n)为麦克风信号，d(n)为估计信号，e(n)为残差信号。

在实际环境中，并不能保证在所有场景下辅麦克风与主麦克风采集到的环境噪声都具有相同的特性，如，噪声从固定位置传来（特别是噪声源距离主麦克风或辅麦克风位置非常近时）或者用户在运动过程中，主、辅麦克风相对噪声源位置不断变化，造成两者采集的噪声强度相对关系发生变化等情况下主、辅麦克风采集到的环境噪声特性都会有差异，而双麦克风降噪方案的自适应滤波器一直处于跟踪状态，影响到噪声的抑制甚至造成滤波器发散。

综上所述，现有技术的两种降噪处理方式各有优缺点，各有不同的适用场景；双麦克风降噪方案不需要进行噪声估计，避免了由噪声估计环节引入的偏差，噪声抑制的精准性更高；在主、辅麦克风采集到的环境噪声特性相同或相近的时，降噪效果比单麦克风降噪方案更好，但对于主、辅麦克风采集到的环境噪声特性差别较大时，降噪效果比单麦克风更差。

其中，所述噪声特性包括噪声强度和噪声属性；所述噪声属性指噪声属于稳态噪声或非稳态噪声；根据中华人民共和国国家职业卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值第2部分：物理因素》GBZ2.2-2007中的规定，稳态噪声是指在观察时间内，采用声级计“慢挡”动态特性测量时，声级波动<3dB（A）的噪声；否则，为非稳态噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种终端麦克风降噪装置及方法，以实现在不同的场景下都能获得较好的降噪效果。

本发明装置和方法所应用的终端包括主麦克风和辅麦克风。

本发明的终端麦克风降噪装置包括：

噪声估计模块，用于对主麦克风信号和辅麦克风信号进行噪声估计；获得主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性；

单麦克风噪声消除模块，用于对主麦克风信号进行单麦克风噪声消除；

双麦克风噪声消除模块，用于对主麦克风信号进行双麦克风噪声消除；

切换模块，根据所述主麦克风噪声特性以及所述辅麦克风噪声特性，选择所述单麦克风噪声消除模块或所述双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；

其中，所述噪声特性包括噪声的强度和属性。

进一步，所述切换模块包括：

噪声属性对比单元，判断所述主麦克风噪声的属性和所述辅麦克风噪声的属性是否相同；

噪声强度比较单元，比较所述主麦克风噪声的强度和所述辅麦克风噪声的强度；获得噪声强度差值；

切换控制单元，根据所述噪声属性对比单元的判断结果和/或所述噪声强度差值，选择所述双麦克风噪声消除模块或所述单麦克风噪声消除模块进行噪声消除。

进一步，所述选择所述单麦克风噪声消除模块或双麦克风噪声消除模块进行噪声消除包括：

如果所述噪声属性对比单元的判断结果为相同且所述噪声强度差值小于预设的门限值，选择所述双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；否则，选择所述单麦克风噪声消除模块进行噪声消除。

进一步，所述装置还包括：

话音激活检测模块，用于在所述切换模块选择双麦克风噪声消除模块进行噪声消除时，使能所述双麦克风噪声消除模块。

进一步，所述噪声估计模块为，短时能量噪声估计模块，或短时过零率噪声估计模块，或最小值跟踪算法噪声估计模块；

所述单麦克风噪声消除模块为，谱减法噪声消除模块，或维纳滤波噪声消除模块；

所述双麦克噪声消除模块为，自适应滤波噪声消除模块。

本发明的终端麦克风降噪方法包括：

对主麦克风信号进行噪声估计，获得主麦克风噪声特性；

对辅麦克风信号进行噪声估计，获得辅麦克风噪声特性；

根据所述主麦克风噪声特性和所述辅麦克风噪声特性选择进行双麦克风噪声消除或单麦克风噪声消除；

其中，所述噪声特性包括噪声的强度和属性。

进一步，所述根据所述主麦克风噪声特性和所述辅麦克风噪声特性选择进行双麦克风噪声消除或单麦克风噪声消除包括：

如果所述主麦克风噪声的属性和所述辅麦克风噪声的属性相同，且所述主麦克风噪声的强度和所述辅麦克风噪声的强度的噪声强度差值小于预设的门限值，选择对所述主麦克风信号进行双麦克风噪声消除；否则，选择对所述主麦克风信号进行单麦克风噪声消除模块。

进一步，所述噪声估计为，短时能量噪声估计，或短时过零率噪声估计，或最小值跟踪算法噪声估计。

进一步，所述单麦克风噪声消除为，谱减法噪声消除，或维纳滤波噪声消除。

进一步，所述双麦克噪声消除为，自适应滤波噪声消除。

本发明的技术方案根据主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性自适应的选择单麦克风噪声消除或双麦克风噪声消除，与现有技术相比，能够针对不同的环境噪声场景自适应的选择适合的噪声消除方法；增强了终端麦克风降噪处理对不同环境噪声场景的适应性，提高了终端麦克风降噪处理的性能。

附图说明

图1是现有技术单麦克风降噪装置结构示意图；

图2是现有技术双麦克风降噪装置结构示意图；

图3是本发明装置一种具体实施方式结构示意图；

图4是本发明装置的切换模块一种具体实施方式结构示意图；

图5是本发明方法一种具体实施方式流程图；

图6是本发明另一个具体实施例装置结构示意图；

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。

以下分别进行详细说明。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当的情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例例如能够以除了在这里图示或者描述的那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚的列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品、或设备固有的其他步骤或模块。

参见图3，图3是本发明终端麦克风降噪装置的一种具体实施方式的结构示意图，如图3所示，所述终端包括主麦克风和辅麦克风，所述装置包括：

噪声估计模块301，用于对主麦克风信号和辅麦克风信号进行噪声估计；获得主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性；

本发明实施例中，所述噪声估计模块可以采用短时能量噪声估计模块或短时过零率噪声估计模块或最小值跟踪算法噪声估计模块；也可以采用其他噪声估计模块，本发明实施例对此没有限制；

单麦克风噪声消除模块302，用于对主麦克风信号进行单麦克风噪声消除；

根据主麦克风噪声特性对主麦克风信号进行噪声消除；

本发明实施例中，所述单麦克风噪声消除模块可以采用谱减法或维纳滤波法来实现噪声消除，也可以采用其他单麦克风噪声消除方法来实现，本发明对此没有限制；

双麦克风噪声消除模块303，用于对主麦克风信号进行双麦克风噪声消除；

根据辅麦克风信号对主麦克风信号进行噪声消除；

本发明实施例中，所述双麦克风噪声消除模块可以采用自适应滤波方法来实现，也可以采用其他双麦克风噪声消除方法来实现，本发明对此没有限制；

切换模块304，根据所述主麦克风噪声特性以及所述辅麦克风噪声特性，选择所述单麦克风噪声消除模块或双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；

参见图4，图4是本发明装置的切换模块的一种优选实现方案，包括：

噪声属性对比单元401，判断所述主麦克风噪声的属性和所述辅麦克风噪声的属性是否相同；

噪声强度比较单元402，比较所述主麦克风噪声的强度和所述辅麦克风噪声的强度；获得噪声强度差值；

切换控制单元403，根据所述噪声属性对比单元的判断结果和/或所述噪声强度差值，选择所述双麦克风噪声消除模块或所述单麦克风噪声消除模块进行噪声消除；

如果所述噪声属性对比单元401的判断结果为相同且所述噪声强度差值小于预设的门限值，选择所述双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；否则，选择所述单麦克风噪声消除模块进行噪声消除。

参见图5，图5是本发明终端麦克风降噪方法的一种具体实施方式的流程示意图，所述终端包括主麦克风和辅麦克风，如图5所示，所述方法包括：

S501、对主麦克风信号进行噪声估计，获得主麦克风噪声特性；

S502、对辅麦克风信号进行噪声估计，获得辅麦克风噪声特性；

本发明实施例中，所述步骤S501、S502可以采用短时能量噪声估计或短时过零率噪声估计或最小值跟踪算法噪声估计来进行噪声估计；也可以采用其他噪声估计方法来实现，本发明实施例对此没有限制；

S503、判断所述主麦克风噪声特性和所述辅麦克风噪声特性是否相同；如果相同，执行步骤S504，否则执行步骤505；

作为本发明方法实施例的一种优选实现方案，本步骤可以进一步包括：

S5031、判断所述主麦克风噪声和所述辅麦克风噪声的属性是否相同，如果相同，执行步骤S5032；否则，执行步骤S505；

S5032、比较所述主麦克风噪声的强度和所述辅麦克风噪声的强度，获得噪声强度差值；

S5033、判断所述噪声强度差值是否小于预设的门限值，如果是，执行步骤S504，否则执行步骤505；

S504、进行双麦克风噪声消除，获得有效话音信号，返回步骤S501；

利用所述主麦克风信号和所述辅麦克风信号进行双麦克风噪声消除；

本发明实施例中，所述双麦克风噪声消除可以采用自适应滤波方法来实现，也可以采用其他双麦克风噪声消除方法来实现，本发明对此没有限制；

S505、进行单麦克风噪声消除，获得有效话音信号，返回步骤S501。

利用所述主麦克风信号和所述主麦克风噪声进行单麦克风噪声消除。

本发明实施例中，所述单麦克风噪声消除可以采用谱减法或维纳滤波法来实现噪声消除，也可以采用其他噪声消除方法来实现，本发明对此没有限制。

为了更好的描述本发明装置和方法的实现方式，下面以一个具体实施例的形式对本发明的终端麦克风降噪装置以及对应的降噪流程进行说明。

参见图6，如图6所示，本实施例的终端包括主麦克风和辅麦克风，本实施例装置包括：

噪声估计模块601，连接到主麦克风和辅麦克风，对主麦克风信号和辅麦克风信号进行噪声估计，获得主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性；

维纳滤波噪声消除模块602，连接到所述噪声估计模块601，从所述获取噪声估计模块601主麦克风噪声；连接到切换控制单元6063，从所述切换控制单元6063获取所述主麦克风信号；对所述主麦克风信号进行噪声消除，输出有效话音信号；

自适应滤波器603，连接到所述切换控制单元6063，从所述切换控制单元6063获取所述辅麦克风信号；连接到减法器604，从减法器获取残差信号；进行自适应滤波处理，获得估计信号发送到所述减法器604；

减法器604，连接到所述切换控制单元6063，从所述切换控制单元6063获取所述主麦克风信号，从所述自适应滤波器603获取估计信号，用所述主麦克风信号减去所述估计信号获得残差信号反馈到所述自适应滤波器603，将所述残差信号作为有效话音信号输出；

话音激活检测模块605，检测所述自适应滤波器603的辅麦克风信号输入端和所述减法器604的主麦克风信号输入端是否有信号，如果有，使能所述自适应滤波器；

切换模块606，根据所述主麦克风噪声的特性以及所述辅麦克风噪声的特性，选择所述单麦克风噪声消除模块或双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；

所述切换模块606进一步包括（图中未示出切换模块606的内部结构，参见附图4）：

噪声属性对比单元6061，连接到所述噪声估计模块601，获取主麦克风噪声的属性和辅麦克风噪声的属性，检测所述主麦克风噪声的属性和辅麦克风噪声的属性是否相同；

噪声强度比较单元6062，连接到所述噪声估计模块601，获取主麦克风噪声的强度和辅麦克风噪声的强度，比较所述主麦克风噪声的强度和所述辅麦克风噪声的强度；获得噪声强度差值；

切换控制单元6063，连接到所述噪声属性对比单元6061，获取所述噪声属性对比单元的判断结果；连接到所述噪声强度比较单元6062，获取所述噪声强度差值；连接到所述主麦克风，获取所述主麦克风信号，连接到所述辅麦克风，获取所述辅麦克风信号；根据所述噪声属性对比单元的判断结果以及所述噪声强度差值选择将所述主麦克风信号发送到所述维纳滤波噪声消除模块602；或，将所述主麦克风信号发送到所述减法器604，将所述辅麦克风信号发送到所述自适应滤波器；

本实施例装置的降噪处理流程包括：

S601、噪声估计模块601对主麦克风信号和辅麦克风信号进行噪声估计，获取主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性；

S602、噪声属性对比单元6061判断所述主麦克风噪声的属性和所述辅麦克风噪声的属性是否相同；如果相同，执行步骤S603，否则，执行步骤S608;

S603、噪声强度比较单元6062比较主麦克风噪声的强度和辅麦克风噪声的强度，获得噪声强度差值；

S604、切换控制单元6063判断所述噪声强度差值是否小于预设的门限值，如果是，执行步骤S605，否则执行步骤S608;

本发明实施例中，所述预设的门限值可以根据具体的终端参数和/或实验数据设置，如，通常移动终端可以设置为5～15dB；

S605、切换控制单元6063发送主麦克风信号到减法器604，发送辅麦克风信号到自适应滤波器603；

S606、话音激活检测模块605检测到减法器604的主麦克风信号输入端以及自适应滤波器603的辅麦克风信号输入端有信号，使能自适应滤波器；

S607、自适应滤波器603和减法器604利用辅麦克风信号对主麦克风信号进行噪声消除；获得有效话音信号，返回步骤S601；

S608、切换控制单元6063发送辅麦克风信号到维纳滤波噪声消除模块602；

S609、维纳滤波噪声消除模块602利用主麦克风噪声特性对主麦克风信号进行噪声消除，获得有效话音信号，返回步骤S601。

本发明各实施方式和具体实施例的装置和方法通过检测主麦克风噪声特性和辅麦克风噪声特性来选择终端麦克风噪声消除的方式：采用单麦克风噪声消除还是双麦克风噪声消除；与现有技术相比，能够针对不同的环境噪声自适应的选择适合的噪声消除方法；增强了终端麦克风降噪处理对不同环境噪声的适应性，提高了终端麦克风降噪处理的性能。

本领域的一般技术人员显然应该清楚并且理解，本发明所举的以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明。在不背离本发明的精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变或变形，但这些相应的改变或变形均属于本发明的权利要求保护范围。

Claims

1.一种终端麦克风降噪装置，所述终端包括主麦克风和辅麦克风，其特征在于，所述装置包括：

其中，所述噪声特性包括噪声的强度和属性。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换模块包括：

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述选择所述单麦克风噪声消除模块或双麦克风噪声消除模块进行噪声消除包括：

如果所述噪声属性对比单元的判断结果为相同，且所述噪声强度差值小于预设的门限值，选择所述双麦克风噪声消除模块进行噪声消除；否则，选择所述单麦克风噪声消除模块进行噪声消除。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

5.根据权利要求1～4所述的装置，其特征在于：

所述噪声估计模块为，短时能量噪声估计模块，或短时过零率噪声估计模块，或最小值跟踪算法噪声估计模块；

所述双麦克噪声消除模块为，自适应滤波噪声消除模块。

6.一种终端麦克风降噪方法，所述终端包括主麦克风和辅麦克风，其特征在于，所述方法包括：

对主麦克风信号进行噪声估计，获得主麦克风噪声特性；

对辅麦克风信号进行噪声估计，获得辅麦克风噪声特性；

其中，所述噪声特性包括噪声的强度和属性。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述根据所述主麦克风噪声特性和所述辅麦克风噪声特性选择进行双麦克风噪声消除或单麦克风噪声消除包括：

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：

所述噪声估计为，短时能量噪声估计，或短时过零率噪声估计，或最小值跟踪算法噪声估计。

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：

所述单麦克风噪声消除为，谱减法噪声消除，或维纳滤波噪声消除。

10.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：

所述双麦克噪声消除为，自适应滤波噪声消除。