CN107371079A - 一种耳机的双麦克降噪系统及降噪方法 - Google Patents

一种耳机的双麦克降噪系统及降噪方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种耳机的双麦克降噪方法，所述方法包括：主麦克采集语音信号，并将采集的所述语音信号送至语音活动检测模块对语音信号进行检测；将语音信号送至噪声参数计算模块，同时辅助麦克采集环境音信号，并将环境音信号送至噪声参数计算模块；噪声参数计算模块计算噪声抑制强度；语音信号和环境音信号送至所述噪声抑制模块；噪声抑制模块通过语音信号和环境音信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号输出。本发明在主动降噪的基础上通过辅助麦克采集环境噪声对主麦克通话的噪声进行抑制，有效抑制平稳噪声的同时，滤除环境中的非平稳噪声。

Description

一种耳机的双麦克降噪系统及降噪方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种耳机的双麦克降噪系统及降噪方法。
背景技术
随着社会进步和人民生活水平的提高，耳机已成为人们生活中必不可少的生活用品。人们常常在大街，公共汽车，地铁接听和拨打电话，这类环境中的噪声，会被耳机的通话麦克风所拾取，和我们说话的内容混到一起，被上行发送到对方电话的听筒中，影响对方接听电话的语音质量，因此上行降噪技术是十分有用的。
现有技术中一般存在两种有线耳机，一种普通有线耳机，基本没有上行降噪功能，在噪声环境中，噪声往往被通话麦克风拾取传到对方电话的听筒中。另外一种有线耳机为主动降噪耳机，其包括两个麦克，其中一个为安装在音腔上的主动降噪麦克，另一个通话拾音麦克。主动降噪麦克专门用于消除外部环境噪声；通话麦克专门用于上行通话，其降噪能力有限，仅对平稳噪声效果好，滤除环境中其它噪声的效果差，在商场，地铁等环境中打电话，上行通话质量很差。
因此，为了解决在吵闹环境中的通话过程中的噪声，提高通话质量需要一种有效抑制平稳噪声的同时，滤除环境中的非平稳噪声的耳机的双麦克降噪方法及降噪系统。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种耳机的双麦克降噪系统，所述降噪系统包括：
主麦克，用于采集语音信号；辅助麦克，用于采集环境音信号；语音活动检查模块，用于判断所述语音信号中的通话声音信号；
噪声参数计算模块，用于通过所述语音信号和所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数；
噪声抑制模块，用于通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理。
本发明的另一个方面在于提供一种耳机的双麦克降噪方法，所述方法包括：
主麦克采集语音信号，并将采集的所述语音信号送至语音活动检测模块对所述语音信号进行检测；
当所述语音活动检查模块检测到所述语音信号中包含通话声音信号，将所述语音信号送至噪声参数计算模块，同时辅助麦克采集环境音信号，并将所述环境音信号送至噪声参数计算模块；
所述噪声参数计算模块通过所述语音信号与所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数；
所述主麦克将所述语音信号送至噪声抑制模块，所述辅助麦克将所述环境音信号送至所述噪声抑制模块；
所述噪声抑制模块引入噪声抑制参数，通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号输出。
优选地，在噪声抑制处理前对所述主麦克采集的语音信号和所述辅助麦克采集的环境音信号进行增益失配校正系数计算。
优选地，所述增益失配校正系数通过主麦克和辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差比值进行计算。
优选地，所述噪声参数计算模块根据所述语音信号与所述环境音信号判断所述主麦克采集到的通话声音的大小计算噪声抑制强度。
优选地，所述通话声音的大小的判断包括所述主麦克距离讲话者嘴巴的距离，和/或讲话者声音的大小。
优选地，所述噪声抑制处理过程包括如下步骤：
将所述主麦克采集的语音信号与所述辅助麦克采集的环境音信号分别进行分帧、加窗处理；
对分帧、加窗处理后的语音信号和环境音信号分别通过快速傅里叶变换转换为频域信号；
通过所述频域信号计算出噪声功率谱密度，并由所述噪声功率谱密度计算出谱增益；
由所述谱增益对所述主麦克的频域信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号进行逆傅里叶变换得到时域信号；
将所述时域信号进行加窗并重叠相加得到降噪后的语音信号。
优选地，所述主麦克分帧、加窗处理后进行增益校正。
本发明提供的一种耳机双麦克降噪系统及降噪方法，在主动降噪的基础上，将辅助麦克采集环境噪声为背景声作为参考对主麦克通话的噪声进行抑制从而更好的凸显人声，本发明在有效抑制平稳噪声的同时，滤除环境中的非平稳噪声，具有非常好的通话质量。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
附图说明
参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：
图1示意性示出了本发明耳机的双麦克降噪系统的结构框图；
图2示出了本发明耳机的双麦克降噪方法的流程图；
图3示出了本发明主麦克和辅助麦克的增益失配校正流程图；
图4示出了本发明噪声抑制处理过程的流程图。
具体实施方式
通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤，除非另有说明。本说明书中，对于各种特征应当理解为包含在所公开的一个或多个实施例中，但并不限于此。对于实施例中提及的特征，例如语音信号、环境音信号、通话声音信号、增益校正、增益失配校正等应当为本领域技术人员所能理解的。
下面对本发明的内容进行说明，如图1所示本发明耳机的双麦克降噪系统的结构框图100，本发明所提供的一种耳机的双麦克降噪方法基于耳机的双麦克降噪系统而实现，具体地，在实施例中所述耳机的双麦克降噪系统包括：
主麦克101，用于采集语音信号；辅助麦克102，用于采集环境音信号；语音活动检查模块103，用于判断所述语音信号中的通话声音信号。
噪声参数计算模块104，用于通过所述语音信号和所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数。
噪声抑制模块105，用于通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理。
根据本发明，本实施例中主麦克101设置于耳机的线控处，方便使用者移动线控将主麦克101靠近使用者的嘴巴，用于采集使用者讲话时的通话声音信号。辅助麦克102设置于耳机音腔上，用于采集通话环境中的环境音信号，例如在嘈杂的商场、地铁等环境中出现的噪声。语音活动检测模块103设置于线控上与主麦克101电连接，用于判断采集的语音信号中是否出现通话声音信号。这里的通话声音信号是指使用者开始使用耳机进行通话时的讲话声音信号。
噪声参数计算模块104，用于通过所述语音信号和所述环境音信号计算噪声抑制强度，实施例中根据判断辅助麦克距离使用者嘴巴的距离或使用者讲话声音的大小，更新噪声抑制系数。例如，当使用者嘴巴距离主麦克较近或者使用者讲话声音较大时，主麦克信号较强，增强噪声抑制强度；当使用者嘴巴距离主麦克较远或者使用者讲话声音较小时，为保证通话无失真，以及通话语音质量，则减弱噪声抑制强度。
噪声抑制模块105，通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理。
如图2所示本发明耳机的双麦克降噪方法的流程图，根据本发明，本实施例一种耳机的双麦克降噪方法包括：
S101、主麦克采集语音信号；主麦克采集语音信号，并将采集的语音信号送至语音活动检测模块对所述语音信号进行检测；
S102、语音活动检测模块判断语音通话信号；当语音活动检查模块检测到语音信号中包含通话声音信号，则将语音信号送至噪声参数计算模块，进入步骤S104；当语音活动检测模块在语音信号中未检测到语音通话信号，则返回重新检测。
S103、辅助麦克采集环境音信号；辅助麦克采集环境音信号，并将环境音信号送至噪声参数计算模块，进入步骤S104。
S104、噪声参数计算模块更新噪声抑制参数；噪声参数计算模块通过通话语音信号与所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数。
根据本发明噪声参数计算模块根据语音信号与环境音信号判断所述主麦克采集到的通话声音的大小计算噪声抑制强度，优选地，本实施例中通话声音的大小的判断包括所述主麦克距离讲话者嘴巴的距离，和/或讲话者声音的大小。当使用者嘴巴距离主麦克较近或者使用者讲话声音较大时，主麦克信号较强，增强噪声抑制强度；当使用者嘴巴距离主麦克较远或者使用者讲话声音较小时，为保证通话无失真，以及通话语音质量，则减弱噪声抑制强度。
S105、噪声抑制模块对语音信号进行噪声抑制；主麦克将所述语音信号送至噪声抑制模块，辅助麦克将环境音信号送至噪声抑制模块；
噪声抑制模块对主麦克采集的语音信号和所述辅助麦克采集的环境音信号进行增益失配校正系数计算，并引入噪声抑制参数，通过环境音信号对语音信号进行噪声抑制处理。如图3所示本发明主麦克和辅助麦克的增益失配校正流程图，对主麦克采集的语音信号和辅助麦克采集的环境音信号分别进行标准差计算，对经过标准差计算的语音信号和环境音信号进行增益失配校正系数计算，得到增益失配校正系数。优选地，本实施例中增益失配校正系数的计算通过主麦克和辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差比值进行计算。具体地，噪声抑制过程在下文将详细说明。
S107、输出噪声抑制后的通话语音信号；将噪声抑制处理后的通话语音信号输出。
优选地，在上述降噪方法的过程中，在辅助麦克将环境音信号送至噪声抑制模块之前包括步骤S106，对环境音信号进行增益校正。
下面对本发明噪声抑制模块对语音信号进行噪声抑制的过程进行详细说明，如图4所示本发明噪声抑制处理过程的流程图，所述噪声抑制处理过程包括如下步骤：
将所述主麦克采集得语音信号与所述辅助麦克采集的环境音信号分别进行分帧、加窗处理；
对分帧、加窗处理后的语音信号和环境音信号分别通过快速傅里叶变换转换为频域信号；
通过所述频域信号计算出噪声功率谱密度，并由所述噪声功率谱密度计算出谱增益；
由所述谱增益对所述主麦克的频域信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号进行逆傅里叶变换得到时域信号；
将所述时域信号进行加窗并重叠相加得到降噪后的语音信号。具体地噪声抑制过程如下：
将所述主麦克采集得语音信号与所述辅助麦克采集的环境音信号分别进行分帧、加窗处理。根据本发明，本实施例中辅助麦克X1(k)将采集到的语音信号进行分帧、加窗处理，经过处理后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，转换为频域信号X1(m，n)：
其中
m为频域下标，n为时域帧数，L为相邻帧之间存在重叠时的帧步长，w是长度为K的窗函数；
主麦克X2(k)将采集到的语音信号进行分帧、加窗处理，经过处理后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，转换为频域信号X2(m，n)：
其中
m为频域下标，n为时域帧数，L为响铃帧之间存在重叠时的帧步长，w是长度为K的汉宁窗函数，g增益失配校正系数。
根据本发明，上述增益失配校正系数g的计算通过主麦克和辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差比值进行计算，本实施例中增益失配校正系数g通过如下方式计算：
其中Var(X1)为辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差，Var(X2)辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差。
Var(X)的计算通过如下方式计算：
其中，NN为计算标准差用到的信号帧数，u为信号x(k)的均值。
通过频域信号计算出噪声功率谱密度，本实施例中噪声功率谱密度Pw(m,n)通过如下迭代算法计算：
Pw(m,n)＝λW·Pw(m，n-1)+(1-λW)·|X(m,n)|2，其中
λW为遗忘因子，X(m,n)为频域信号。
由所述噪声功率谱密度Pw(m,n)计算出谱增益G(m,n)：
其中
为辅助麦克接收信号的功率密度，为主麦克接收信号的功率密度，H12(m，n)为主麦克与辅助麦克之间的冲击响应比值的傅里叶变换，μ为噪声抑制参数。
噪声抑制参数μ通过语音信号与环境音信号判断所述主麦克采集到的通话声音的大小得到，本实施例中通话声音的大小的判断包括所述主麦克距离讲话者嘴巴的距离，和/或讲话者声音的大小更新噪声抑制参数μ。当使用者嘴巴距离主麦克较近或者使用者讲话声音较大时，主麦克信号较强，增强噪声抑制强度；当使用者嘴巴距离主麦克较远或者使用者讲话声音较小时，为保证通话无失真，以及通话语音质量，则减弱噪声抑制强度。
实施例中，上述辅助麦克接收信号的功率密度主麦克接收信号的功率密度通过如下方法得到：
其中
为辅助麦克接收到的语音信号功率密度，与分别为辅助麦克与主麦克接收到的噪声功率谱密。
通过谱增益G(m,n)对所述主麦克的频域信号X2(m，n)进行噪声抑制处理，并将处理后的信号进行逆傅里叶变换(IFFT)得到时域信号S(m，n)。
具体地，S(m，n)＝G(m，n)X2(m，n)，将得到时域信号S(m，n)进行加窗并重叠相加得到降噪后纯净的语音信号y(k)。
本发明提供的一种耳机双麦克降噪方法及降噪系统，在主动降噪的基础上，将辅助麦克采集环境噪声为背景声作为参考，并引入噪声抑制参数对主麦克通话的噪声进行抑制从而更好的凸显人声，本发明在有效抑制平稳噪声的同时，滤除环境中的非平稳噪声，具有非常好的通话质量。
结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (8)

1.一种耳机的双麦克降噪系统，其特征在于，所述降噪系统包括：
主麦克，用于采集语音信号；辅助麦克，用于采集环境音信号；语音活动检查模块，用于判断所述语音信号中的通话声音信号；
噪声参数计算模块，用于通过所述语音信号和所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数；
噪声抑制模块，用于通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理。
2.一种用于权利要求1所述耳机的双麦克降噪系统的降噪方法，其特征在于，所述方法包括：
主麦克采集语音信号，并将采集的所述语音信号送至语音活动检测模块对所述语音信号进行检测；
当所述语音活动检查模块检测到所述语音信号中包含通话声音信号，将所述语音信号送至噪声参数计算模块，同时辅助麦克采集环境音信号，并将所述环境音信号送至噪声参数计算模块；
所述噪声参数计算模块通过所述语音信号与所述环境音信号计算噪声抑制强度，并更新噪声抑制参数；
所述主麦克将所述语音信号送至噪声抑制模块，所述辅助麦克将所述环境音信号送至所述噪声抑制模块；
所述噪声抑制模块引入噪声抑制参数，通过所述环境音信号对所述语音信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号输出。
3.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，在噪声抑制处理前对所述主麦克采集的语音信号和所述辅助麦克采集的环境音信号进行增益失配校正系数计算。
4.根据权利要求4所述的降噪方法，其特征在于，所述增益失配校正系数通过主麦克和辅助麦克在静音状态下接收的底噪信号的标准差比值进行计算。
5.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述噪声参数计算模块根据所述语音信号与所述环境音信号判断所述主麦克采集到的通话声音的大小计算噪声抑制强度。
6.根据权利要求5所述的降噪方法，其特征在于，所述通话声音的大小的判断包括所述主麦克距离讲话者嘴巴的距离，和/或讲话者声音的大小。
7.根据权利要求1所述的降噪方法，其特征在于，所述噪声抑制处理过程包括如下步骤：
将所述主麦克采集得语音信号与所述辅助麦克采集的环境音信号分别进行分帧、加窗处理；
对分帧、加窗处理后的语音信号和环境音信号分别通过快速傅里叶变换转换为频域信号；
通过所述频域信号计算出噪声功率谱密度，并由所述噪声功率谱密度计算出谱增益；
由所述谱增益对所述主麦克的频域信号进行噪声抑制处理，并将处理后的信号进行逆傅里叶变换得到时域信号；
将所述时域信号加窗并进行重叠相加得到降噪后纯净的语音信号。
8.根据权利要求7所述的降噪方法，其特征在于，所述主麦克分帧、加窗处理后进行增益校正。
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