CN110534124A - 一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法 - Google Patents

一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于音频信号在线处理技术领域，尤其涉及一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法，具体包括移动数据终端、蓝牙智能设备和云端服务器；移动数据终端包括SPP/BLE数据传输单元、网络传输单元，安装有运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP；蓝牙智能设备包括MIC、喇叭、A2DP通道和SPP/BLE数据传输模块；云端服务器包括网络传输模块和语音识别模块；蓝牙智能设备采集音频数据，移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的音频数据，并提交云端服务器识别。有益效果：通过采集环境噪声并提取噪声特征结合WebRTC噪声抑制算法进行蓝牙语音音频数据降噪，实现语音交互模式下的主动降噪且满足实时性。

Description

一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法
技术领域
本发明属于音频信号在线处理技术领域，尤其涉及一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法。
背景技术
随着语音识别技术的发展，语音交互逐渐成为一种主流智能控制方式，特别是具有语音交互系统的蓝牙智能终端已日渐普及，给我们的生活带来很大的便利和乐趣。用户只要对蓝牙智能终端讲出某项要求，例如想听歌、拨打电话、查询天气等，只需说出相应的口令，系统便会依据使用者的口令，作出相应的回应和动作。
然而，在日常工作和生活环境中均存在噪声，这些噪声会影响用户的正常语音交互体验，即无法为云端服务器提供干净的音频数据，影响云端服务器语音识别的正确率，从而产生答非所问的场景。为了更好地消除音频数据环境噪声，逐步开始采用降噪技术，但目前各种相关技术都存缺点：
在蓝牙智能设备中加入独立的ANC降噪硬件模块，在语音采集时同步进行主动降噪，会提高设备成本，且增设独立的降噪模块会增加设备整体功耗；另外，在非稳态噪声环境中，降噪的效果不好。
通过APP设置蓝牙智能设备的降噪参数，用户可以选择不同等级的降噪系数，然后下发给蓝牙智能设备，但该方法在不同耳机硬件质量和适应性等因素影响下，会令降噪效果难以保障。
在云端服务器部署音频降噪方法，用户可能在各种场景下使用语音交互，而采用通用的降噪方案可能在各种场景下都起到一定的降噪效果，但场景的差异性不可避免还会用户无法获得干净的音频数据。
可见，现有技术还有待于改进和发展。如何解决语音交互中对蓝牙智能设备采集的语音音频数据降噪成为亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法，通过优化系统结构和方法步骤流程，解决现有相关降噪技术中效果不佳的问题。
具体技术方案为：一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统，包括移动数据终端、蓝牙智能设备和云端服务器；
移动数据终端包括SPP/BLE数据传输单元、网络传输单元，安装有运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP；
蓝牙智能设备包括MIC、喇叭、A2DP通道和SPP/BLE数据传输模块；
云端服务器包括网络传输模块和语音识别模块；
SPP/BLE数据传输单元与SPP/BLE数据传输模块连接，使移动数据终端和蓝牙智能设备建立蓝牙连接；网络传输单元与网络传输模块相连接，使移动数据终端和云端服务器建立数据连接；
蓝牙智能设备采集音频数据，移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的音频数据，并提交云端服务器识别。
优选的，基于WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一（S101）、移动数据终端与蓝牙智能设备、云端服务器建立数据连接通道；
步骤二（S102）、蓝牙智能设备采集环境噪声音频；
步骤三（S103）、蓝牙智能设备正式采集语音音频数据；
步骤四（S104）、移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的语音音频数据；
步骤五（S105）、移动数据终端将经处理的语音音频数据提交云端服务器进行语音识别；
步骤六（S106）、云端服务器将语音识别结果返回移动数据终端；
步骤七（S107）、移动数据终端根据返回的语音识别结果，指令蓝牙智能设备作出响应。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤一具体为：移动数据终端的SPP/BLE数据传输单元与蓝牙智能设备的SPP/BLE数据传输模块建立蓝牙连接，根据预置UUID及蓝牙智能设备名称自动过滤并建立BLE或SPP数据通道连接；移动数据终端的网络传输单元与云端服务器的网络传输模块相连接，建立数据连接。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤二具体为：首次使用或者在非稳态噪声环境中使用时，移动数据终端会通过蓝牙智能设备录制噪声音频；录制后，蓝牙智能设备发送噪声音频到移动数据终端中存储；移动数据终端从噪声音频中选取为噪声样本并保存作为后续降噪算法的校正。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的蓝牙智能语音交互方法中，步骤三具体为：通过蓝牙智能设备的按键、唤醒词或移动数据终端语音交互APP中的按键都可发出启动语音交互流程的指令；
收到语音采集指令后，蓝牙智能设备启动MIC进行录音获取语音音频数据；
移动数据终端从SPP/BLE数据传输模块接收数据并进行监听；建立接收缓存来接收蓝牙智能设备发来数据；
语音交互APP从缓存数据中读取数据，根据Header格式定义区分是控制指令数据还是音频流数据；
Header格式：
根据上述定义
控制指令数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x00
音频流数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x80
数据格式：
控制指令数据：Header + 定义的指令（如开始录音）；
音频流数据：Header + Opus编码后的音频数据；
若是控制指令数据，则移动数据终端对控制指令数据作出回应，即发出应答指令；
若是音频流数据，则需要经过Opus解码，解析出PCM原始语音数据；
语音音频数据经Opus编码后转化为音频流数据，并传给语音交互APP；
音频流数据为经Opus编码后的音频数据，参数为采样率16kpbs、单声道、16bit。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤四具体为：移动数据终端运行语音交互APP，结合步骤二（S102）中采集来环境噪声所分析得到的环境噪声特征，进行PCM音频数据降噪处理。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤五具体为：采用边录边传的方法，将经语音交互APP降噪后的PCM音频数据提交给云端服务器。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤六具体为：云端服务器将移动数据终端提交的PCM音频数据进行语音识别，并将识别结果返回移动数据终端。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，步骤七具体为：语音交互APP收到云端服务器返回的处理结果后，通过蓝牙智能设备的A2DP通道进行播报。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法中，移动数据终端为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备；蓝牙智能设备为蓝牙智能耳机、蓝牙智能音箱。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法中，若移动数据终端为使用Android系统的设备则采用SPP连接，若为使用IOS的设备则采用BLE连接。
优选的，本WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法中，噪声音频时间长度大于10S。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
相对于已披露的技术方案，本技术方案提供一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法，优化系统及方法步骤，解决现有相关降噪技术中效果不佳的问题，通过采集环境噪声并提取噪声特征结合WebRTC噪声抑制算法进行蓝牙语音音频数据降噪，实现语音交互模式下的主动降噪且满足实时性，不仅提高了云端服务器对上传语音的识别率，还为用户提供更好的语音交互体验，还可降低蓝牙智能设备的功耗及延长了设备可持续工作时间，节省了蓝牙智能设备的成本，具有广泛的应用市场。
附图说明
图1是一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统
图2是一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法步骤
具体实施方式
如图1所示的系统，包括移移动数据终端、蓝牙智能设备和云端服务器；
移动数据终端包括SPP/BLE数据传输单元、网络传输单元，安装有运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP；
蓝牙智能设备包括MIC、喇叭、A2DP通道和SPP/BLE数据传输模块；
云端服务器包括网络传输模块和语音识别模块；
SPP/BLE数据传输单元与SPP/BLE数据传输模块连接，使移动数据终端和蓝牙智能设备建立蓝牙连接；网络传输单元与网络传输模块相连接，使移动数据终端和云端服务器建立数据连接；
蓝牙智能设备采集音频数据，移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的音频数据，并提交云端服务器识别。
其中，移动数据终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备等；本实施例移动数据终端以一部智能手机为例；蓝牙智能设备为一部蓝牙智能音箱。
请参阅图2，为一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其主要包括以下步骤：
步骤一（S101）、智能手机与蓝牙智能音箱、云端服务器建立数据连接通道；智能手机的SPP/BLE数据传输单元与蓝牙智能音箱的SPP/BLE数据传输模块建立蓝牙连接，根据预置UUID及蓝牙智能音箱名称自动过滤并建立BLE或SPP数据通道连接；智能手机的网络传输单元与云端服务器的网络传输模块相连接，建立数据连接。若智能手机为使用Android系统的设备则采用SPP连接，若为使用IOS的设备则采用BLE连接。
步骤二（S102）、蓝牙智能音箱采集环境噪声音频；首次使用或者在非稳态噪声环境中使用时，智能手机会通过蓝牙智能音箱录制噪声音频；录制后，蓝牙智能音箱发送噪声音频到智能手机中存储；智能手机从噪声音频中选取为噪声样本并保存作为后续降噪算法的校正。噪声音频时间长度大于10S。
步骤三（S103）、蓝牙智能音箱正式采集语音音频数据；通过蓝牙智能音箱的按键、唤醒词或智能手机语音交互APP中的按键都可发出启动语音交互流程的指令；
收到语音采集指令后，蓝牙智能音箱启动MIC进行录音获取语音音频数据；
智能手机从SPP/BLE数据传输模块接收数据并进行监听；建立接收缓存来接收蓝牙智能音箱发来数据；
语音交互APP从缓存数据中读取数据，根据Header格式定义区分是控制指令数据还是音频流数据；
Header格式：
根据上述定义
控制指令数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x00
音频流数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x80
数据格式：
控制指令数据：Header + 定义的指令（如开始录音）；
音频流数据：Header + Opus编码后的音频数据；
若是控制指令数据，则智能手机对控制指令数据作出回应，即发出应答指令；
若是音频流数据，则需要经过Opus解码，解析出PCM原始语音数据；
语音音频数据经Opus编码后转化为音频流数据，并传给语音交互APP；
音频流数据为经Opus编码后的音频数据，参数为采样率16kpbs、单声道、16bit。
步骤四（S104）、智能手机通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的语音音频数据；智能手机运行语音交互APP，结合步骤二（S102）中采集来环境噪声所分析得到的环境噪声特征，进行PCM音频数据降噪处理。
步骤五（S105）、智能手机将经处理的语音音频数据提交云端服务器进行语音识别；采用边录边传的方法，将经语音交互APP降噪后的PCM音频数据提交给云端服务器。
步骤六（S106）、云端服务器将语音识别结果返回智能手机；云端服务器将智能手机提交的PCM音频数据进行语音识别，并将识别结果返回智能手机。
步骤七（S107）、智能手机根据返回的语音识别结果，指令蓝牙智能音箱作出响应；语音交互APP收到云端服务器返回的处理结果后，通过蓝牙智能音箱的A2DP通道进行播报。
由技术常识可知，本技术方案可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统，其特征在于：包括移动数据终端、蓝牙智能设备和云端服务器；
移动数据终端包括SPP/BLE数据传输单元、网络传输单元，安装有运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP；
蓝牙智能设备包括MIC、喇叭、A2DP通道和SPP/BLE数据传输模块；
云端服务器包括网络传输模块和语音识别模块；
SPP/BLE数据传输单元与SPP/BLE数据传输模块连接，使移动数据终端和蓝牙智能设备建立蓝牙连接；网络传输单元与网络传输模块相连接，使移动数据终端和云端服务器建立数据连接；
蓝牙智能设备采集音频数据，移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的音频数据，并提交云端服务器识别;
若所述移动数据终端为使用Android系统的设备则采用SPP连接，若为使用IOS的设备则采用BLE连接。
2.基于权利要求1所述的WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统的一种WebRTC噪声抑制算法的蓝牙智能语音交互方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一（S101）、移动数据终端与蓝牙智能设备、云端服务器建立数据连接通道；
步骤二（S102）、蓝牙智能设备采集环境噪声音频；
步骤三（S103）、蓝牙智能设备正式采集语音音频数据；
步骤四（S104）、移动数据终端通过运行WebRTC噪声抑制算法的语音交互APP处理采集获得的语音音频数据；
步骤五（S105）、移动数据终端将经处理的语音音频数据提交云端服务器进行语音识别；
步骤六（S106）、云端服务器将语音识别结果返回移动数据终端；
步骤七（S107）、移动数据终端根据返回的语音识别结果，指令蓝牙智能设备作出响应。
3.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤一具体为：移动数据终端的SPP/BLE数据传输单元与蓝牙智能设备的SPP/BLE数据传输模块建立蓝牙连接，根据预置UUID及蓝牙智能设备名称自动过滤并建立BLE或SPP数据通道连接；移动数据终端的网络传输单元与云端服务器的网络传输模块相连接，建立数据连接。
4.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤二具体为：首次使用或者在非稳态噪声环境中使用时，移动数据终端会通过蓝牙智能设备录制噪声音频；录制后，蓝牙智能设备发送噪声音频到移动数据终端中存储；移动数据终端从噪声音频中选取为噪声样本并保存作为后续降噪算法的校正, 所述噪声音频时间长度大于10S。
5.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤三具体为：通过蓝牙智能设备的按键、唤醒词或移动数据终端语音交互APP中的按键都可发出启动语音交互流程的指令；
收到语音采集指令后，蓝牙智能设备启动MIC进行录音获取语音音频数据；
移动数据终端从SPP/BLE数据传输模块接收数据并进行监听；建立接收缓存来接收蓝牙智能设备发来数据；
语音交互APP从缓存数据中读取数据，根据Header格式定义区分是控制指令数据还是音频流数据；
Header格式：
根据上述定义
控制指令数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x00
音频流数据，Header数据，即开头两个字节为：0x10, 0x80
数据格式：
控制指令数据：Header + 定义的指令（如开始录音）；
音频流数据：Header + Opus编码后的音频数据；
若是控制指令数据，则移动数据终端对控制指令数据作出回应，即发出应答指令；
若是音频流数据，则需要经过Opus解码，解析出PCM原始语音数据；
语音音频数据经Opus编码后转化为音频流数据，并传给语音交互APP；
音频流数据为经Opus编码后的音频数据，参数为采样率16kpbs、单声道、16bit。
6.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的蓝牙智能语音交互方法，其特征在于步骤四具体为：移动数据终端运行所述语音交互APP，结合步骤二（S102）中采集来环境噪声所分析得到的环境噪声特征，进行PCM音频数据降噪处理。
7.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤五具体为：采用边录边传的方法，将经语音交互APP降噪后的PCM音频数据提交给云端服务器。
8.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤六具体为：云端服务器将移动数据终端提交的PCM音频数据进行语音识别，并将识别结果返回移动数据终端。
9.根据权利要求2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互方法，其特征在于步骤七具体为：语音交互APP收到云端服务器返回的处理结果后，通过蓝牙智能设备的A2DP通道进行播报。
10.根据权利要求1或2所述的一种WebRTC噪声抑制算法的智能语音交互系统及方法，其特征在于：所述移动数据终端为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能穿戴设备；所述蓝牙智能设备为蓝牙智能耳机、蓝牙智能音箱。
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