CN108806710B

CN108806710B - 一种语音增强增益调整方法、系统及耳机

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Publication number: CN108806710B
Application number: CN201810623495.1A
Authority: CN
Inventors: 虞安波
Original assignee: Ht Acoustics Technology Beijing Co ltd
Current assignee: Ht Acoustics Technology Beijing Co ltd
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: CN108806710A

Abstract

本发明提出一种语音增强增益调整方法、系统及耳机，涉及语音增强领域，该方法包括：确定语音增强增益的上界和确定响度特性；根据语音增强增益的上界与响度特性，调整语音增强的增益。与现有技术相比，本发明提出的语音增强增益调整方法一方面考虑了声泄漏的影响，在建立泄漏特性函数的基础上，确定了增益的上界，在实现语音增强的同时确保了系统的稳定性；另一方面，将增益的上界和响度特性结合，在不超过增益上界的情况下，调节增益值，达到最佳的语音增强听觉效果。该方法简单且有效，易于实施。

Description

一种语音增强增益调整方法、系统及耳机

技术领域

本发明涉及语音增强领域，具体而言，涉及一种语音增强增益调整方法、系统及耳机。

背景技术

主动降噪耳机能够消除用户耳旁处中、低频段的噪声，而人的语音音频处在中、低频段，主动降噪耳机在消除噪声的同时也会消除处于噪声所在频段的部分语音信号，当该语音信号对佩戴主动降噪耳机的用户是有用的信号时，主动降噪功能影响了用户与外界的语音沟通效果，降低了沟通的效率。

为解决上述语音信号由于部分被消除而导致减弱的问题，现有技术的方法是针对语音信号所在频段，在不进行降噪处理的同时通过增大该频段信号的增益值实现语音增强的功能，同时保留低频降噪的功能。这种方法存在的问题是：语音增强的增益与用于低频降噪的消噪声波泄漏特性形成一个反馈系统，当该增益值大到一定成程度时，反馈系统会出现不稳定，进而导致啸叫。

发明内容

针对上述提出的问题，本发明提出一种语音增强增益调整方法、系统及耳机，以缓解现有技术中语音增强增益过大导致的系统不稳定的技术问题，能够提高语音增强的听觉效果。

第一方面，本发明提出一种语音增强增益调整方法，包括：

确定语音增强增益的上界和确定响度特性；

根据所述语音增强增益的上界与响度特性，调整语音增强的增益。

进一步地，所述确定语音增强增益的上界包括：

确定泄漏特性函数和语音增强滤波器；

根据泄漏特性函数与语音增强滤波器，确定语音增强增益的上界。

进一步地，所述确定泄漏特性函数包括：

测量泄漏源处发出的第一声音信号和泄漏终端处接收的第二声音信号；

基于所述第一声音信号和所述第二声音信号，利用最小二乘法确定所述泄漏特性函数。

进一步地，所述语音增强滤波器为高阶带通滤波器。

进一步地，所述确定响度特性包括：

确定语音信号所在频段以及包含语音信号的第三声音信号的声压级；

在所述语音信号所在频段内，确定所述第三声音信号的响度特性。

第二方面，本发明提出一种语音增强增益调整系统，用于实施第一方面提出的语音增强增益调整方法，包括：

声音检测装置、语音分析装置、增益调整装置以及发声装置；

所述声音检测装置用于检测声信号，并将声信号转换为电信号；

所述语音分析装置用于语音信号的响度特性分析；

所述增益调整装置用于调节所述语音增强滤波器的增益；

所述发声装置用于发出声信号。

进一步地，所述声音检测装置包括：第一声音检测装置和第二声音检测装置；

所述第一声音检测装置用于检测第一声音信号；

所述第二声音检测装置用于检测第二声音信号或包含语音信号的噪声信号的第三声音信号。

第三方面，本发明提出一种耳机，包括第二方面提出的语音增强增益调整系统，还包括主动降噪系统。

进一步地，所述主动降噪系统包括前馈滤波电路和反馈滤波电路；

所述前馈滤波电路用于消除中高频噪声或对处于中高频段的语音信号进行增强；

所述反馈滤波电路用于消除低频噪声。

进一步地，所述耳机还包括模式选择开关，用于确定前馈滤波电路的工作模式。

进一步地，所述语音增强增益调整系统与所述主动降噪系统连接，所述语音增强增益调整系统用于对所述前馈滤波电路的增益进行调整。

本发明提出一种语音增强增益调整方法、系统及耳机，涉及语音增强领域，该方法包括：确定语音增强增益的上界和确定响度特性；根据语音增强增益的上界与响度特性，调整语音增强的增益。与现有技术相比，本发明提出的语音增强增益调整方法一方面考虑了声泄漏的影响，在建立泄漏特性函数的基础上，确定了增益的上界，在实现语音增强的同时确保了系统的稳定性；另一方面，增益的上界和响度特性结合，在不超过增益上界的情况下，调节增益值，达到最佳的语音增强听觉效果。该方法简单且有效，易于实施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出本发明实施例提供的一种语音增强增益调整方法步骤流程图；

图2示出本发明实施例提供的语音增强增益调整方法的原理框图；

图3示出本发明实施例提供的等响度特性曲线示意图；

图4示出本发明实施例提供的一种语音增强增益调整系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1示出了本发明实施例提供的的语言增强增益调整方法的流程图，参照图1，该语音增强增益调整方法，包括如下步骤：

S10：确定语音增强增益的上界和确定响度特性；

S20：根据语音增强增益的上界与响度特性，调整语音增强的增益。

在一个实施方式中，如图2所示的语音增强增益调整方法的原理框图，上述步骤S10中确定语音增强增益包括如下步骤：

(1)确定泄漏特性函数G1和语音增强滤波器H；

(2)根据泄漏特性函数G1与语音增强滤波器H，确定语音增强增益K的上界。

其中K表示语音增强的增益，H表示用于语音增强滤波器，G1表示泄漏特性函数。v1表示包含语音信号的声信号，v2表示泄漏的声信号。声信号v1经过语音增强滤波器H＝K*H₀后，其中H₀表示语音增强滤波器H中不包括增益K的部分滤波器(事实上，H与H₀的是结构相同的滤波器，差别仅在于增益K)，语音信号所在的中高频段的所有声信号被放大，即语音信号也得到放大，放大后的声信号传输到扬声器进行播放，播放后得到的声信号会有一部分泄漏，泄漏的声信号v2与原声信号v1叠加后又经过语音增强滤波器K*H₀，循环往复。语音增强滤波器K*H₀与泄漏特性函数G1形成一个反馈系统，当语音增强滤波器K*H₀中的增益K增加到一个边界值时，该系统会出现不稳定，导致啸叫。为保证上述语音增强滤波器K*H₀与泄漏特性函数G1形成的反馈系统始终处于稳定状态，最易实现的方法是确定增益K的上界，使得K值始终不超过该上界。

在一个实施方式中，步骤(1)，确定泄漏特性函数G1包括：

1)测量泄漏源的第一声音信号和泄漏终端的第二声音信号；

2)基于第一声音信号和第二声音信号，利用最小二乘法确定泄漏特性函数G1。

利用发声装置在泄漏源处播放一个声音信号，首先利用声音测量装置测量该声音信号，记为第一声音信号u1，再次利用声音测量装置测量泄漏终端出的声音信号，记为第二声音信号y1,将u1作为输入信号，y1作为输出信号，利用最小二乘法辨识泄漏特性函数G1。通过上述方法，能够有效量化声泄漏特性，并给出泄漏特性函数表达式G1，基于G1，才能计算出语音增强滤波器增益K上界。

在一个实施方式中，语音增强滤波器K*H₀为高阶带通滤波器。其中K表示语音增强的增益，H₀为高阶带通滤波器，因此优选地，

其中，s表示微分算子，a和b分别为H₀的零点，a1和b1分别为极点，通过调整K值，能够改变语音增强的增强程度；通过改变a,b,a1,b1等，可调节语音增强的频段。

在一个实施方式中，参考图3所示的等响度特性曲线示意图。步骤S10，确定响度特性包括如下步骤：

1、确定语音信号所在频段以及包含语音信号的第三声音信号的声压级；

2、在语音信号所在频段内，确定第三声音信号的响度特性。

人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。决定响度的因素主要是声音在人耳的声压的大小。相同的声压在不同频率，响度是不同的。图3中的每条曲线代表一个响度级，在同一响度级，人耳感觉到的响度是一样的。按人耳对声音的感觉特性，依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量，称为响度级，单位为方。以频率为1000赫兹的纯音作为基准音，其他频率的声音听起来与基准音一样响，该声音的响度级就等于基准音的声压级，即响度级与声压级是一个概念。例如，某噪声的频率为100赫兹，强度为50分贝，其响度与频率为1000赫兹，强度为20分贝的声音响度相同，则该噪声的响度级为20方。人耳对于高频噪声是1000～5000赫兹的声音敏感，对低频声音不敏感。同是是40方的响度级，对1000赫兹声音来说，声压级是40分贝；4000赫兹的声音，声压级是37分贝；100赫兹的声音，声压级52分贝；30赫兹的声音，声压级是78分贝。也就是说，低频的80分贝的声音，听起来和高频的37分贝的声音感觉是一样的。因此，优选地，确定人的语音信号在300Hz到3400Hz的频段内,测量第三声音信号的声压值P_rms，并得到300Hz到3400Hz的频段内的响度曲线。为了使增强后的声音在各频段听起来响度一致，在调整增益K值时，依据响度特性，针对不同频段进行分段调节，即频率越低，增加的幅度越大，使得经过语音增强增益K调整后的声音信号基本处于同一响度级。

实施例2

图4示出了本发明实施例提供的一种语音增强增益调整系统的结构示意图，参照图4，该语音增强增益调整系统，用于实施实施例1中提出的语音增强增益调整方法，包括：语音检测装置100、语音分析装置200、增益调整装置300以及发声装置400。

声音检测装置100用于检测声信号，并将声信号转换为电信号；

语音分析装置200用于语音信号的响度特性分析；

增益调整装置300用于调节语音增强滤波器的增益；

发声装置400用于发出声信号。

在一个实施方式中，声音检测装置包括：第一声音检测装置110和第二声音检测装置120。第一声音检测装置110用于检测第一声音信号；第二声音检测装置120用于检测第二声音信号或包含语音信号的噪声信号的第三声音信号。优选地，第一声音检测装置110和第二声音检测装置120均为麦克风，分别为第一麦克风和第二麦克风。

语音分析装置200根据第一声音信号和第二声音信号计算得到泄漏特性函数，并根据第三声音信号得到响度特性。

增益调整装置300根据泄漏特性函数、响度特性以及内置其中的语音增强滤波器，调节语音增强滤波器的增益K。

优选地，发声装置400为扬声器。扬声器可用于在泄漏源处发出第一声音信号。

实施例3

本实施例提出一种耳机，包括实施例2提供的语音增强增益调整系统，还包括主动降噪系统。

在一个实施方式中，主动降噪系统包括前馈滤波电路和反馈滤波电路。前馈滤波电路用于消除中高频噪声或对处于中高频段的语音信号进行增强；所述反馈滤波电路用于消除低频噪声。当前馈滤波电路用于消除中高频噪声时，结合反馈滤波电路，主动降噪系统处于深度降噪模式，前馈滤波电路和反馈滤波电路结合，能够实现宽频深度降噪的功能；当前馈滤波电路用于语音增强(对处于中高频段的语音信号进行增强)时，结合反馈滤波电路，主动降噪系统处于语音增强模式，同时还能对低频噪声进行消除。

在一个实施方式中，耳机还包括模式选择开关，用于确定前馈滤波电路的工作模式。通过模式选择开关，选择主动降噪系统处于深度降噪模式或语音增强模式中的任一种。

在一个实施方式中，语音增强调整系统与主动降噪系统连接，语音增强调整系统用于对前馈滤波电路的增益K进行调整。语音增强调整系统中的第一麦克风可作为反馈麦克风，第二麦克风可作为前馈麦克风。反馈麦克风安装在耳机前腔内壁上，前馈麦克风安装在耳机后腔内壁上。当主动降噪系统处于语音增强功能时，语音增强调整系统对前馈滤波电路的增益K进行调整，实现语音增强的功能。

本发明提出的语音增强增益调整方法一方面考虑了声泄漏的影响，在建立泄漏特性函数的基础上，确定了增益的上界，在实现语音增强的同时确保了系统的稳定性；另一方面，增益的上界和响度特性结合，在不超过增益上界的情况下，调节增益值，达到最佳的语音增强听觉效果。该方法简单且有效，易于实施。

本发明实施例所提供的方法，其实现原理及产生的技术效果和前述装置实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims

1.一种语音增强增益调整方法，其特征在于，包括：

确定语音增强增益的上界和确定响度特性；所述确定语音增强增益的上界包括：

确定泄漏特性函数和语音增强滤波器；所述确定泄漏特性函数包括：测量泄漏源处发出的第一声音信号和泄漏终端处接收的第二声音信号；基于所述第一声音信号和所述第二声音信号，利用最小二乘法确定所述泄漏特性函数；

根据所述泄漏特性函数与所述语音增强滤波器，确定语音增强增益的上界；

根据所述语音增强增益的上界与所述响度特性，调整语音增强的增益。

2.根据权利要求1所述的语音增强增益调整方法，其特征在于，所述语音增强滤波器为高阶带通滤波器。

3.根据权利要求1所述的语音增强增益调整方法，其特征在于，所述确定响度特性包括：

4.一种语音增强增益调整系统，用于实施权利要求1至权利要求3任一项所述的语音增强增益调整方法，其特征在于，包括：声音检测装置、语音分析装置、增益调整装置以及发声装置；

所述语音分析装置用于语音信号的响度特性分析；

所述增益调整装置用于调节所述语音增强滤波器的增益；

所述发声装置用于发出声信号；

所述声音检测装置包括：第一声音检测装置和第二声音检测装置；

所述第一声音检测装置用于检测第一声音信号；

所述第二声音检测装置用于检测第二声音信号。

5.根据权利要求4所述的一种语音增强增益调整系统，其特征在于，所述声音检测装置包括：所述第二声音检测装置用于检测包含语音信号的噪声信号的第三声音信号。

6.一种耳机，包括权利要求4所述的语音增强增益调整系统，其特征在于，还包括主动降噪系统。

7.根据权利要求6所述的耳机，其特征在于，所述主动降噪系统包括前馈滤波电路和反馈滤波电路；

所述反馈滤波电路用于消除低频噪声。

8.根据权利要求7所述的耳机，其特征在于，还包括模式选择开关，用于确定前馈滤波电路的工作模式。

9.根据权利要求7所述的耳机，其特征在于，所述语音增强增益调整系统与所述主动降噪系统连接，所述语音增强增益调整系统用于对所述前馈滤波电路的增益进行调整。