CN105812995B - 一种噪音滤除方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于涉及噪音滤除技术领域，公开了一种噪音滤除方法和装置，包括：麦克风、模数转换器、信号处理器、数模转换器、功率放大器、扬声器，所述麦克风的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述信号处理器的输入端连接，所述信号处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述扬声器的输入端连接；能对使用者指定的噪音进行记录，分析其频域特点，按其特点对其进行滤除。
Description
技术领域
本发明涉及噪音滤除技术领域，尤其涉及一种噪音滤除方法和装置。
背景技术
当前，噪音无处不在，为了免于噪音的影响，可以戴上防噪音耳塞，但戴上耳塞后又会使使用者听不到有用的声音信息。目前，解决这一问题的方法普遍有两种，一是采用机械滤波方式滤除频率小于300Hz的建筑、震动等噪声声音。二是针对特定使用环境，如矿山开矿现场，专门设置机械滤波滤除现场噪音。这两种解决方案中均采用具有机械滤波的耳塞解决噪音问题。上述两种方法的缺点是装置只能应用于特定场合并针对特定声音且只能滤除低频段(小于300Hz)声音信号。在不同的场合，不同的噪音装置将失去作用。其滤除频率小于300Hz的信号采用一刀切的全部滤除，但频率小于300Hz的声音信号既包括噪音信号，也可能包括有用的声音信号，所以一刀切的全部滤除方式在滤除噪音信号的同时也滤除了频段内的有用信号，使其失真。
发明内容
针对上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种噪音滤除方法和装置，能对使用者指定的噪音进行记录，分析其频域特点，按其特点对其进行滤除。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案予以实现。
技术方案一：
一种噪音滤除方法，所述方法包括：
步骤1，获取环境中的时域噪音信号，对所述时域噪音信号进行傅里叶变换，得到频域噪音信号；计算所述频域噪音信号的平均功率；确定所述频域噪音信号中需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号；计算每个噪音子波信号的平均功率及其占所述频域噪音信号的平均功率的百分比，P为自然数；
步骤2，获取环境中的时域声音信号，对所述时域声音信号进行傅里叶变换，得到频域声音信号；计算所述频域声音信号的平均功率；确定所述频域声音信号中需要滤除的P个频率对应的声音子波信号；计算每个声音子波信号的平均功率及其占所述频域声音信号的平均功率的百分比；所述P个频率对应的声音子波信号与P个频率对应的噪音子波信号一一对应，所述时域声音信号包含时域噪音信号；
步骤3，获取所述P个频率对应的声音子波信号中的第一声音子波信号，所述第一声音子波信号为信号频率和与其对应的噪音子波信号的频率差值的绝对值小于预设频率差值的声音子波信号；
步骤4，获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号，所述第二声音子波信号为信号平均功率占所述频域声音信号的平均功率百分比大于预设百分比的声音子波信号；
步骤5，若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号。
本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：
(1)步骤1具体包括：
获取环境中的时域噪音信号；
对所述时域噪音信号进行N点傅里叶变换，得到频域噪音信号；
确定所述频域噪音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域噪音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的噪音子波信号，以及每个噪音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个噪音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号。
(2)步骤2具体包括：
获取环境中的时域声音信号；
对所述时域声音信号进行N点傅里叶变换，得到频域声音信号；
确定所述频域声音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域声音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的声音子波信号，以及每个声音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个声音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的声音子波信号。
(3)步骤4中获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号具体包括：
计算所述第二声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数；
若所述相关系数的最大值大于60％，则滤除所述第二声音子波信号。
(4)步骤5中若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号具体包括：
计算每个第一声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数，将每个第一声音子波信号的平均功率百分比和与噪音子波信号的相关系数相乘得到每个第一声音子波信号的相关值，将所有第一声音子波信号的相关值相加，若所有第一声音子波信号的相关值相加的结果大于50％，则滤除所述第一声音子波信号，所述每个第一声音子波信号的平均功率百分比为所述第一声音子波信号的平均功率占所述频域声音信号的平均功率的百分比。
(5)步骤3中所述预设频率差值为80Hz。
(6)步骤4中所述预设百分比为80％。
技术方案二：
一种噪音滤除装置，所述噪音滤除装置包括：麦克风、模数转换器、信号处理器、数模转换器、功率放大器、扬声器，所述麦克风的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述信号处理器的输入端连接，所述信号处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述扬声器的输入端连接；
所述麦克风用于获取环境中的模拟声音信号，并将其发送给模数转换器；所述模数转换器用于接收所述模拟声音信号，并将其转换为数字声音信号发送给信号处理器，所述数字声音信号为时域声音信号；
所述信号处理器接收所述数字声音信号，并获取需要滤除的噪音信号，滤除所述数字声音信号中与所述噪音信号相关的信号，得到有用的数字声音信号，将其发送给数模转换器；
所述数模转换器用于接收所述有用的数字声音信号，将其转换为有用的模拟声音信号，并发送给功率放大器；所述功率放大器对所述有用的模拟声音信号进行放大后发送给扬声器；所述扬声器对放大后的有用的模拟声音信号进行播放。
本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：
(1)所述噪音滤除装置还包括串行FLASH和SDRAM；
所述串行FLASH用于预先存储需要滤除的噪音信号；所述SDRAM用于缓存所述信号处理器的中间数据。
本发明相比现有技术的有益效果为：本发明对噪音针对性滤除，最大限度的使有用声音信号不被破坏；在不同的使用场合可以按照使用的要求录制和删除噪音信号，具有环境适应性；本发明可以滤除的噪音信号频率不限于低频段，而是可以在常见的声音频率范围之内的任意频段；本发明具有其他装置不具有的噪音识别功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种噪音滤除方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种噪音滤除装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种耳扣的结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种噪音滤除方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤1，获取环境中的时域噪音信号，对所述时域噪音信号进行傅里叶变换，得到频域噪音信号；计算所述频域噪音信号的平均功率；确定所述频域噪音信号中需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号；计算每个噪音子波信号的平均功率及其占所述频域噪音信号的平均功率的百分比。
步骤2，获取环境中的时域声音信号，对所述时域声音信号进行傅里叶变换，得到频域声音信号；计算所述频域声音信号的平均功率；确定所述频域声音信号中需要滤除的P个频率对应的声音子波信号；计算每个声音子波信号的平均功率及其占所述频域声音信号的平均功率的百分比；所述P个频率对应的声音子波信号与P个频率对应的噪音子波信号一一对应，所述时域声音信号包含时域噪音信号。
步骤3，获取所述P个频率对应的声音子波信号中的第一声音子波信号，所述第一声音子波信号为信号频率和与其对应的噪音子波信号的频率差值的绝对值小于预设频率差值的声音子波信号。
步骤4，获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号，所述第二声音子波信号为信号平均功率占所述频域声音信号的平均功率百分比大于预设百分比的声音子波信号。
步骤5，若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号。
具体的，步骤1具体包括：
获取环境中的时域噪音信号；
对所述时域噪音信号进行N点傅里叶变换，得到频域噪音信号；
确定所述频域噪音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域噪音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的噪音子波信号，以及每个噪音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个噪音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号。
具体的，步骤2具体包括：
获取环境中的时域声音信号；
对所述时域声音信号进行N点傅里叶变换，得到频域声音信号；
确定所述频域声音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域声音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的声音子波信号，以及每个声音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个声音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的声音子波信号。
具体的，步骤4中获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号具体包括：
计算所述第二声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数；
若所述相关系数的最大值大于60％，则滤除第二声音子波信号。
具体的，步骤5中若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号具体包括：
计算每个第一声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数，将每个第一声音子波信号的平均功率百分比和与噪音子波信号的相关系数相乘得到每个第一声音子波信号的相关值，将所有第一声音子波信号的相关值相加，若所有第一声音子波信号的相关值相加的结果大于50％，则滤除所述第一声音子波信号，所述每个第一声音子波信号的平均功率百分比为所述第一声音子波信号的平均功率占所述频域声音信号的平均功率的百分比。
示例性的，步骤3中所述预设频率差值为80Hz。
示例性的，步骤4中所述预设百分比为80％。
由于常见的声音的频率范围在64Hz-2048Hz，所以实际的处理只针对这一频率范围进行，但处理方法可以扩展到整个人类可以听到的声音频率范围。
本发明实施例提供一种噪音滤除装置，如图2所示，所述噪音滤除装置包括：麦克风1、模数转换器2、信号处理器3、数模转换器4、功率放大器5、扬声器6。
所述麦克风的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述信号处理器的输入端连接，所述信号处理器的输出端与所述数模转换器的输入端连接，所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述扬声器的输入端连接。
所述麦克风用于获取环境中的模拟声音信号，并将其发送给模数转换器；所述模数转换器用于接收所述模拟声音信号，并将其转换为数字声音信号发送给信号处理器，所述数字声音信号为时域声音信号。
所述信号处理器接收所述数字声音信号，并获取需要滤除的噪音信号，滤除所述数字声音信号中与所述噪音信号相关的信号，得到有用的数字声音信号，将其发送给数模转换器。
所述数模转换器用于接收所述有用的数字声音信号，将其转换为有用的模拟声音信号，并发送给功率放大器；所述功率放大器对所述有用的模拟声音信号进行放大后发送给扬声器；所述扬声器对放大后的有用的模拟声音信号进行播放。
进一步的，所述噪音滤除装置还包括串行FLASH和SDRAM。
所述串行FLASH用于预先存储需要滤除的噪音信号；所述SDRAM用于缓存所述信号处理器的中间数据。
示例性的，信号处理器芯片采用cyclone II系列的EP2C70F672C8N。模数转换器A/D芯片采用20bit的CS5334，数模转换器D/A芯片采用24bit的CS4334，还采用了64M SDRAM和256M串行FLASH芯片。噪音录制和滤除的数字处理均在信号处理器中完成。SDRAM用于信号处理过程中数据的存取。FLASH用于存放录制的噪音数据等信息，信号处理器对这些数据可以存取操作。
进一步的，本发明实施例还提供一种耳扣，能按使用者的指令对使用者指定的噪音进行录制和记录噪音，分析其频域特点，按其特点对其进行滤除。也可以删除已经录制的噪音，删除后该声音信号将不再被滤除。
如图3所示为本发明耳扣的示意图，采用常见的头戴式耳机的形式。该耳扣中设置有上述实施例所述的噪音滤除装置。耳扣有隔音效果，如果噪音滤除装置不工作，则人耳听不到外界的声音。噪音滤除装置工作时可以将麦克接收的声音传到耳机扬声器，被人耳收听。
本发明实施例提供的耳扣，其存在三个工作状态：一是除噪状态，在该状态时能对来自麦克风的声音除噪，滤除与flash中存储的噪音相同或相似的噪音，但其它声音可以通过麦克风正常进入耳机扬声器。二是正常收听状态，此时除噪功能关闭，对接收到的声音不做处理传到耳机扬声器；三是录制或删除噪音状态，按使用者的要求对来自麦克风的噪音进行记录、存储，也可以按使用者的要求删除已经录制的噪音。耳扣的工作状态可由按键控制。
本发明对噪音针对性滤除，最大限度的使有用声音信号不被破坏；在不同的使用场合可以按照使用的要求录制和删除噪音信号，具有环境适应性；本发明可以滤除的噪音信号频率不限于低频段，而是可以在常见的声音频率范围之内的任意频段；本发明具有其他装置不具有的噪音识别功能。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种噪音滤除方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，获取环境中的时域噪音信号，对所述时域噪音信号进行傅里叶变换，得到频域噪音信号；计算所述频域噪音信号的平均功率；确定所述频域噪音信号中需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号；计算每个噪音子波信号的平均功率及其占所述频域噪音信号的平均功率的百分比，P为自然数；
步骤1具体包括：
获取环境中的时域噪音信号；
对所述时域噪音信号进行N点傅里叶变换，得到频域噪音信号；
确定所述频域噪音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域噪音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的噪音子波信号，以及每个噪音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个噪音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的噪音子波信号；
步骤2，获取环境中的时域声音信号，对所述时域声音信号进行傅里叶变换，得到频域声音信号；计算所述频域声音信号的平均功率；确定所述频域声音信号中需要滤除的P个频率对应的声音子波信号；计算每个声音子波信号的平均功率及其占所述频域声音信号的平均功率的百分比；所述P个频率对应的声音子波信号与P个频率对应的噪音子波信号一一对应，所述时域声音信号包含时域噪音信号；
步骤2具体包括：
获取环境中的时域声音信号；
对所述时域声音信号进行N点傅里叶变换，得到频域声音信号；
确定所述频域声音信号的归一化功率谱密度，根据所述归一化功率谱密度计算所述频域声音信号的平均功率；
确定所述归一化功率谱密度的所有局部极值，记录所述所有局部极值及其对应的频率；
计算每个频率对应的声音子波信号，以及每个声音子波信号的平均功率；
获取平均功率较大的P个声音子波信号，作为需要滤除的P个频率对应的声音子波信号；
步骤3，获取所述P个频率对应的声音子波信号中的第一声音子波信号，所述第一声音子波信号为信号频率和与其对应的噪音子波信号的频率差值的绝对值小于预设频率差值的声音子波信号；
步骤4，获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号，所述第二声音子波信号为信号平均功率占所述频域声音信号的平均功率百分比大于预设百分比的声音子波信号；
步骤5，若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号。
2.根据权利要求1所述的一种噪音滤除方法，其特征在于，步骤4中获取所述第一声音子波信号中的第二声音子波信号，并滤除时域声音信号中的第二声音子波信号具体包括：
计算所述第二声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数；
若所述相关系数的最大值大于60％，则滤除所述第二声音子波信号。
3.根据权利要求1所述的一种噪音滤除方法，其特征在于，步骤5中若步骤4中获取第二声音子波信号失败，则滤除时域声音信号中的第一声音子波信号具体包括：
计算每个第一声音子波信号和与其对应的噪音子波信号的相关系数，将每个第一声音子波信号的平均功率百分比和与噪音子波信号的相关系数相乘得到每个第一声音子波信号的相关值，将所有第一声音子波信号的相关值相加，若所有第一声音子波信号的相关值相加的结果大于50％，则滤除所述第一声音子波信号，所述每个第一声音子波信号的平均功率百分比为所述第一声音子波信号的平均功率占所述频域声音信号的平均功率的百分比。
4.根据权利要求1所述的一种噪音滤除方法，其特征在于，步骤3中所述预设频率差值为80Hz。
5.根据权利要求1所述的一种噪音滤除方法，其特征在于，步骤4中所述预设百分比为80％。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |