CN107068162B - 一种语音增强方法、装置及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种语音增强方法、装置及终端设备。其中方法包括:获取两个麦克风采集的两个模拟语音信号,并将两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号;调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,以使所述调节数字语音信号与所述两个数字语音信号中的第一数字语音信号具有相同的线性特征;将所述调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。本发明实施例解决了现有技术中非手持智能设备中根据实际功能区别使用双麦克风,导致非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果的问题,实现了兼顾对两个数字语音信号进行增强和避免语音信号处理过程中的信号失真。
Description
技术领域
本发明实施例涉及信号处理技术,尤其涉及一种语音增强方法、装置及终端设备。
背景技术
目前越来越多的智能设备上搭载多麦克风,来提高智能设备的拾音性能,基于多麦克风阵列的成本高以及设计技术难度大的特征,双麦克风是目前大部分智能设备的配置方案。其中,非手持智能设备例如娱乐型智能机器人、可视对讲型机器人或者智能音箱等,双麦克风一般设置于智能设备同一平面上,一般是设置于终端正面或者顶面,上述双麦克风的设置方式导致两个麦克风拾取的语音信号中的有效信号能量差异很小,不能根据两个麦克风的信号差异进行降噪处理。
上述非手持智能设备通常根据实际功能区别使用双麦克风。例如:一个麦克风用于语音通信,一个麦克风用于语音识别,且每一种功能仅使用单麦克风的拾音性能。因此非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果,不能体现双麦克风的优势。
发明内容
本发明提供一种语音增强方法、装置及终端设备,以实现增强智能设备的拾音性能。
第一方面,本发明实施例提供了一种语音增强方法,该方法包括:
获取两个麦克风采集的两个模拟语音信号,并将两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号;
调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,以使所述调节数字语音信号与所述两个数字语音信号中的第一数字语音信号具有相同的线性特征;
将所述调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
进一步的,调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,包括:
确定所述第二数字语音信号与所述第一数字语音信号的线性差异;
根据所述线性差异对所述第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号。
进一步的,调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,还包括:
对所述第二数字语音信号进行降噪处理。
进一步的,所述两个麦克风设置于终端设备的同一平面。
第二方面,本发明实施例还提供了一种语音增强装置,该装置包括:两个模数转换器、自适应滤波器、线性差异确定模块和语音增强模块;其中:
两个模数转换器分别与两个麦克风相连,用于将两个麦克风采集的两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号,其中,第一模数转换器还与所述自适应滤波器的输入端相连,经第一模数转换器转换得到的第一数字语音信号作为所述自适应滤波器的输入信号;
所述线性差异确定模块,与第二模数转换器和所述自适应滤波器的输出端分别相连,用于确定经第二模数转换器转换得到的第二数字语音信号与所述第一数字语音信号的线性差异,并将所述线性差异作为所述自适应滤波器的反馈信息;
所述自适应滤波器,用于根据所述线性差异对所述第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号;
语音增强模块,与第一模数转换器和所述自适应滤波器的输出端分别相连,用于将所述调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
进一步的,所述自适应滤波器还用于对所述第二数字语音信号进行降噪处理。
第三方面,本发明实施例还提供了一种终端设备,所述终端设备包括两个麦克风和本发明实施例提供的任一一种语音增强装置。
进一步的,所述两个麦克风设置于所述终端设备的同一平面。
本发明实施例通过调节终端设备获取的两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,使得生成的调节数字语音信号和第一数字语音信号具有相同的线性特征,将数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号,解决了现有技术中非手持智能设备中根据实际功能区别使用双麦克风,导致非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果的问题,实现了兼顾对两个数字语音信号进行增强和避免语音信号处理过程中的信号失真。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种语音增强方法的流程图;
图2A是本发明实施例一提供的非手持智能设备的双麦克风设置示意图;
图2B是本发明实施例一提供的非手持智能设备的双麦克风设置示意图;
图2C是本发明实施例一提供的手持智能设备的双麦克风设置示意图;
图3是本发明实施例二提供的一种语音增强方法的流程图;
图4是本发明实施例二提供的数字语音信号增强展示图;
图5是本发明实施例三提供的一种语音增强装置的结构示意图;
图6是本发明实施例三提供的一种语音增强装置的结构逻辑图;
图7是本发明实施例四提供的一种智能设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的一种语音增强方法的流程图,本实施例可适用于通过双麦克风增强终端设备拾音性能的情况,该方法可以由本发明实施例提供的终端设备来执行,该终端设备的语音增强装置可以是采用软件和/或硬件的方式实现。参见图1,该方法具体包括:
S110、获取两个麦克风采集的两个模拟语音信号,并将两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号。
本实施例中,终端设备上设置两个麦克风,两个麦克风同步获取模拟语音信号。其中,可通过模数转换器将模拟数字信号转换为数字语音信号,智能设备获取的语音信号可用于语音通信或者语音识别。
可选的,麦克风为全指向性麦克风。其中,麦克风的指向性指的是麦克风对来自不同角度的声音的灵敏度,全指向性麦克风对于来自不同角度的声音,其灵敏度是基本相同的,不区分声源方向,也无需对声源进行定位,简化了语音信号的采集过程,提高了语音信号的采集范围。
可选的,两个麦克风设置于终端设备的同一平面。可选的,两个麦克风设置于非手持智能设备。示例性的,参见图2A和图2B,图2A和图2B是本发明实施例一提供的非手持智能设备的双麦克风设置示意图。图2A中,智能设备可以是智能机器人,两个麦克风设置于智能设备的正面;图2B中,智能设备可以是智能音箱,两个麦克风设置于智能设备的顶端。
S120、调节两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,以使调节数字语音信号与两个数字语音信号中的第一数字语音信号具有相同的线性特征。
其中,数字语音信号的线性特征包括但不限于相位特征和频率特征,可选的,调节第二数字语音信号的线性特征为调节第二数字语音信号的相位特征。本实施例中,参见图2A和图2B,智能设备上的两个麦克风由于物理位置的设置差异,使得两个麦克风采集的语音信号具有一定的差异,且两个语音信号的差异较小,区别于手持智能设备的双麦克风采集的两个语音信号。示例性的,参见图2C,图2C是本发明实施例一提供的手持智能设备的双麦克风设置示意图。其中,手持智能设备例如可以是智能手机,双麦克风可以是分布设置于智能设备的正面与背面,正面麦克风作为主麦克风用于拾取用户语音和背景语音,背面麦克风作为辅助麦克风用户获取背景语音,手持智能设备的双麦克风采集两个语音信号差异较大,根据两个麦克风采集的语音信号的信号差异,可通过双麦克辅助参考降噪的处理方式对终端设备采集的语音信号进行降噪。
本实施例中,非手持智能设备的两个麦克风采集的语音信号内容差异较小,且不区分主麦克风和辅助麦克风,无法根据采集的两个语音信号的信号差异进行处理。非手持智能设备的两个麦克风采集的语音信号存在线性差异,通过调节两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,使得调节数字语音信号与第一数字语音信号具有相同的线性特征,实现消除两个数字语音信号之间的线性差异。其中,调节数字语音信号通过调节第二数字语音信号得到的,包含第二数字语音信号的信号内容,且具有与第一数字语音信号具有相同的线性特征。
S130、将调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
本实施例中,两个麦克风同步采集语音信号,调节数字语音信号和第一数字语音信号的语音信号内容基本一致,且具有相同的线性特征,将调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加实现了语音信号的增强,且保证了生成的增强数字语音信号不失真,避免了非手持智能设备中根据实际功能区别使用双麦克风,导致非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果的问题。
本实施例中,通过具有相同线性特征的数字语音信号进行叠加实现信号增强,避免了使用低通滤波器和/或高通滤波器通过数字语音信号进行降噪的方式增强语音信号。示例性的,通过智能设备采集的数字语音信号中噪声信号的频率范围为0Hz-400Hz,有效语音信号的频率范围为200Hz-1000Hz,以低通滤波器为例,若截止频率较高,例如截止频率为400Hz,则频率范围为200Hz-400Hz的有效语音信号丢失,信号增强效果好,但是信号存在失真;若截止频率较低,例如截止频率为200Hz,则数字语音信号中存在频率范围为200Hz-400Hz的噪声信号,信号增强效果差。高通滤波器与低通滤波器具有相似的问题,无法兼顾对数字语音信号的增强和避免数字语音信号失真。本实施例中,通过调节数字语音信号线性特征后对两个数字语音信号进行叠加的方式,可实现了兼顾数字语音信号的增强和语音信号不失真。
可选的,对增强数字语音信号进行滤波降噪处理。
可选的,若终端设备通过第三个麦克风采集第三语音信号,则根据本实施例提供的语音增强方法对第一数字语音信号和第二数字语音信号生成的增强数字语音信号和第三数字语音信号进行语音增强。
本实施例的技术方案,通过调节终端设备获取的两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,使得生成的调节数字语音信号和第一数字语音信号具有相同的线性特征,将数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号,解决了现有技术中非手持智能设备中根据实际功能区别使用双麦克风,导致非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果的问题,实现了兼顾对两个数字语音信号进行增强和避免语音信号处理过程中的信号失真。
实施例二
图3是本发明实施例二提供的一种语音增强方法的流程图,在上述实施例的基础上,进一步的提供了调节两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号的方法。相应的,参见图3,该方法具体包括:
S210、获取两个麦克风采集的两个模拟语音信号,并将两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号。
S220、确定第二数字语音信号与第一数字语音信号的线性差异。
其中,线性差异指的是两个数字语音信号线性特征之间的差异。
S230、根据线性差异对第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号。
其中,调节数字语音信号与两个数字语音信号中的第一数字语音信号具有相同的线性特征。
本实施例中,可通过自适应滤波器对第二数字语音信号进行自适应滤波处理,将第一数字语音信号输入自适应滤波器,第二数字语音信号作为自适应滤波器的期望相应,第二数字语音信号与第一数字语音信号的线性差异作为自适应滤波器的反馈信息,当自适应滤波器收敛后,生成调节数字语音信号。其中,自适应滤波器可以是维纳滤波器或者卡尔曼滤波器等。可选的,对第二数字语音信号进行自适应滤波处理还可以是通过如下任意算法实现:最小均方算法(Least Mean Square,LMS)、递推最小二乘法(Minimum Mean SquareError,MMSE)或者频域多延迟子带算法(The Multi-Delay block Frequency-domainadaptive filter,MDF)等。
可选的,步骤S230还包括对第二数字语音信号进行降噪处理。
本实施例中,自适应滤波器对输入的数字语音信号具有降噪功能,可消除数字语音信号中的底噪,提高数字语音信号中有效语音信号的清晰度。
S240、将调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
本实施例中,通过数字语音信号叠加对有效语音信号进行增强,通过自适应滤波器对数字语音信号进行降噪,抑制部分噪声,提高了数字语音信号的信噪比。
示例性的,参见图4,图4是本发明实施例二提供的数字语音信号增强展示图。图4中,信号501是第一数字语音信号,信号502是第二数字语音信号,信号503是增强数字语音信号,其中,信号波段520、530和540为有效数字语音信号,信号波段510为噪声信号。参见图4,增强数字语音信号503的有效数字语音信号波段520、530和540的信号能量高于第一数字语音信号501和第二数字语音信号502,且增强数字语音信号503的噪声信号波段510的信号能量低于第一数字语音信号501和第二数字语音信号502。对图4中各数字语音信号的信号能量进行统计,参见表1,表1是本发明实施例二提供的数字语音信号的信号能量统计表。
表1
参见表1,经过本实施例提供的语音增强方法处理的数字语音信号,有效数字语音信号的信号能量增强了约5.5dB,噪声信号的信号能量抑制了约4.2dB,增强数字语音信号503的信号比提升约9.7dB,信噪比得到明显提升。
本实施例的技术方案,通过根据第二数字语音信号与第一数字语音信号的线性差异,对第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到与第一数字语音信号相同线性特征的调节数字语音信号,同时对第二数字语音信号进行降噪,将调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号,,提高了增强数字语音信号的信噪比,提高了用户体验。
实施例三
图5是本发明实施例三提供的一种语音增强装置的结构示意图,该装置具体包括:第一模数转换器410、第二模数转换器420、自适应滤波器430、线性差异确定模块440和语音增强模块450;其中:
两个模数转换器分别与两个麦克风相连,用于将两个麦克风采集的两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号,其中,第一模数转换器410还与自适应滤波器430的输入端相连,经第一模数转换器410转换得到的第一数字语音信号作为自适应滤波器430的输入信号;
线性差异确定模块440,与第二模数转换器420和自适应滤波器430的输出端分别相连,用于确定经第二模数转换器420转换得到的第二数字语音信号与第一数字语音信号的线性差异,并将线性差异作为自适应滤波器430的反馈信息;
自适应滤波器430,用于根据线性差异对第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号;
语音增强模块450,与第一模数转换器410和自适应滤波器430的输出端分别相连,用于将调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
可选的,自适应滤波器430还用于对第二数字语音信号进行降噪处理。
示例性的,参见图6,图6是本发明实施例三提供的一种语音增强装置的结构逻辑图。语音增强装置通过两个数模转换器将声源信号转换为第一数字语音信号403和第二数字语音信号402,并分别以x1(t)和x0(t)表示,将第一语音信号403输入自适应滤波器430,将第二数字语音信号402与第一数字语音信号403的线性差异作为反馈信息发送至自适应滤波器430,当自适应滤波器430收敛时,生成调节数字语音信号405,其中调节数字语音信号405可以表示为:y(t)=x0(t)-F(x1(t))=x0(t)-f(t),调节数字语音信号405与第一数字语音信号403具有相同的线性特征,将调节数字语音信号405与第一数字语音信号403进行叠加,实现对两个数字语音信号进行增强,生成增强数字语音信号406,其可以表示为e(t)=y(t)+x1(t)。
本实施例的技术方案,通过线性差异确定模块确定第二数字语音信号与第一数字语音信号的线性差异,自适应滤波器根据线性差异调节第二数字语音信号的线性特征,使得生成的调节数字语音信号和第一数字语音信号具有相同的线性特征,语音增强模块将数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号,解决了现有技术中非手持智能设备中根据实际功能区别使用双麦克风,导致非手持智能设备中仅具有单麦克风的拾音效果的问题,实现了兼顾对两个数字语音信号进行增强和避免语音信号处理过程中的信号失真。
实施例四
图7是本发明实施例四提供的一种终端设备的结构示意图,该终端设备具体包括:第一麦克风710、第二麦克风720和本发明实施例提供的任一一种语音增强装置730。
可选的,两个麦克风设置于终端设备的同一平面。
本发明实施例提供的终端设备可执行本发明任意实施例所提供的语音增强方法,具备执行语音增强方法相应的功能模块和有益效果。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (6)
1.一种语音增强方法,其特征在于,包括:
获取两个麦克风采集的两个模拟语音信号,并将两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号,其中,所述两个麦克风设置于非手持设备的同一平面;
调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,以使所述调节数字语音信号与所述两个数字语音信号中的第一数字语音信号具有相同的线性特征,其中,所述第二数字语音信号的线性特征为相位特征;
将所述调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号;
其中,调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,包括:
确定所述第二数字语音信号与所述第一数字语音信号的线性差异;
根据所述线性差异对所述第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,调节所述两个数字语音信号中的第二数字语音信号的线性特征,生成调节数字语音信号,还包括:
对所述第二数字语音信号进行降噪处理。
3.一种语音增强装置,其特征在于,包括:两个模数转换器、自适应滤波器、线性差异确定模块和语音增强模块;其中:
两个模数转换器分别与两个麦克风相连,用于将两个麦克风采集的两个模拟语音信号转换为两个数字语音信号,其中,第一模数转换器还与所述自适应滤波器的输入端相连,经第一模数转换器转换得到的第一数字语音信号作为所述自适应滤波器的输入信号,其中,所述两个麦克风设置于非手持设备的同一平面;
所述线性差异确定模块,与第二模数转换器和所述自适应滤波器的输出端分别相连,用于确定经第二模数转换器转换得到的第二数字语音信号与所述第一数字语音信号的线性差异,并将所述线性差异作为所述自适应滤波器的反馈信息,其中,所述线性差异指的是两个数字语音信号线性特征之间的差异,所述线性特征为相位特征;
所述自适应滤波器,用于根据所述线性差异对所述第二数字语音信号进行自适应滤波处理,得到调节数字语音信号;
语音增强模块,与第一模数转换器和所述自适应滤波器的输出端分别相连,用于将所述调节数字语音信号和第一数字语音信号进行叠加,生成增强数字语音信号。
4.根据权利要求3所述的装置,其特征在于,所述自适应滤波器还用于对所述第二数字语音信号进行降噪处理。
5.一种终端设备,其特征在于,包括两个麦克风和如权利要求3或4所述的语音增强装置。
6.根据权利要求5所述的终端设备,其特征在于,所述两个麦克风设置于所述终端设备的同一平面。
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