CN111968667A - 一种双麦克风语音降噪装置及其降噪方法 - Google Patents

一种双麦克风语音降噪装置及其降噪方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双麦克风语音降噪装置，包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风在同一水平线上，设定第一麦克风为嘴部0°方向，则第二麦克风为远离嘴部180°方向，且第一麦克风和第二麦克风相距1.1cm‑3cm。本发明还公开了一种双麦克风语音降噪方法，首先接收并采集两路语音信号s0、s1，采样率为实际处理数据采样率的整数倍；然后降采样至需要处理的实际采样率；对降采样后的数据进行频谱分析，迭代计算出滤波器系数；以滤波器和其中一路输入信号在频域相乘，进行逆傅里叶变换并重叠相加后，得到输出的语音信号s2。本发明可有效滤除非目标方向平稳和非平稳的语音，得到处理后的干净语音；既能达到高效的降噪效果，又降低了降噪成本。

Description

一种双麦克风语音降噪装置及其降噪方法
技术领域
本发明涉及语音降噪技术领域，具体涉及一种双麦克风语音降噪装置及其降噪方法。
背景技术
双麦降噪技术是指利用两个麦克风作为接收单元，通过一系列的信号处理，完成对给定方向的信号增强以及对非接收方向语音信号以及环境噪音的衰减，达到增强接收给定方向语音的信噪比的目的。
在现有技术中，一种技术是利用主麦克风接收期望语音及背景噪声，副麦克风接收背景噪声，并且假设这两个麦克风接收到的背景噪声是一致的，利用副麦克风接收的噪声信号作为参考信号，进行数字信号处理，消除主麦克接收到的背景噪声。该方案的缺点在于只能消除平稳噪声，对于说话声和音乐等信号无能为力。
另一种技术是基于自适应波束形成的双麦降噪，如专利号为CN110085247A的一种针对复杂噪声环境的双麦克风降噪方法；其利用双麦组成一个阵列，经过自适应波束形成滤波之后输出指定方向的信号。但是该方案的双麦组成beamforming存在主瓣过宽，而且对双麦的距离有一定的要求。
发明内容
基于此，针对上述问题，有必要提出一种双麦克风语音降噪装置及其降噪方法，其克服已有技术中的语音增强方法所存在的缺陷，不仅能有效滤除平稳噪声，还能滤除非平稳噪声，以增强期望语音；同时，提高处理效率，降低了降噪的要求。
本发明提供了一种双麦克风语音降噪装置，其技术方案是：
一种双麦克风语音降噪装置，包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风在同一水平线上，设定第一麦克风为嘴部0°方向，则第二麦克风为远离嘴部180°方向，且第一麦克风和第二麦克风相距1.1cm-3cm。
在本技术方案中，不存在双麦组成beamforming的主瓣过宽问题，而且对双麦的距离要求并不高，既能够达到采集双路语音信号用于降噪处理，又能够达到降低成本及装置要求的目的。
优选的，还包括双路ADC芯片，所述第一麦克风的信号输出端连接所述双路ADC芯片的第一信号输入端，第二麦克风的信号输出端连接所述双路ADC芯片的第二信号输入端。
双路ADC芯片用于接收双麦采集的两路语音信号s0,s1，其采样率为实际处理数据采样率的整数倍，如2或4倍,然后降采样到需要处理的实际采样率。以4倍为例，双麦采集两路语音信号s0,s1，可以设置4种不同的相位差。
优选的，所述双路ADC芯片为可控相位差双路ADC芯片。
便于控制相位差，若需要设置相位差的大小，可依照DOA估计的结果设置。
优选的，还包括DOA计算模块，所述双路ADC芯片的第一信号输出端连接所述DOA计算模块的第一信号输入端，DOA计算模块的第一信号输出端连接双路ADC芯片的第三信号输入端。
DOA计算模块一方面将估计的结果返回双路ADC芯片用于设置相位差的大小，另一方面由DOA计算的方向决定滤波器的空间指向性。
优选的，还包括滤波器，所述双路ADC芯片的第二信号输出端连接所述滤波器的第一信号输入端，DOA计算模块的第二信号输出端连接滤波器的第二信号输入端。
首先，对降采样的数据进行频谱分析，迭代计算滤波器系数；其次，以此滤波器和其中一路输入在频域相乘，做逆傅里叶变换并重叠相加得到输出的语音信号s2。
优选的，还包括准平稳噪声消除装置，所述滤波器的信号输出端连接所述准平稳噪声消除装置的信号输入端。
以s2做输入，进行自适应噪声消除，消除准平稳的环境噪声后得到最终输出信号s。
本发明还提供了一种双麦克风语音降噪方法，其技术方案是：
一种双麦克风语音降噪方法，包括以下步骤：
A、接收并采集两路语音信号s0、s1，采样率为实际处理数据采样率的整数倍；
B、降采样至需要处理的实际采样率；
C、对降采样后的数据进行频谱分析，迭代计算出滤波器系数；
D、以滤波器和其中一路输入信号在频域相乘，进行逆傅里叶变换并重叠相加后，得到输出的语音信号s2。
在本技术方案中，固定方向（指向估计的DOA方向，说话人方向）接收信号最强，在其它方向明显衰减，因此可以有效滤除非目标方向的语音以及音乐声，使得平稳和非平稳的噪声都可以滤除。
优选的，还包括以下步骤：
接收语音信号s2，进行自适应噪声消除，得到最终输出信号s。
经处理后的信号再通过一个准平稳噪声消除装置，最终可得到处理后的干净语音。
优选的，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA估计后，将估计结果返回，确定相位差的大小。
需要设置相位差的大小依照DOA估计的结果设置。
优选的，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA计算后，将计算结果输入滤波器，确定滤波器的空间指向性。
由DOA计算的方向决定了滤波器的空间指向性。
本发明的有益效果是：
1、通过本发明，可使得固定方向接收信号最强，在其它方向明显衰减，可有效滤除非目标方向的语音以及音乐声，平稳和非平稳的都可以滤除；
2、将处理后的信号再通过一个准平稳噪声消除装置，可得到处理后的干净语音；
3、本发明结构简单，处理方便，既能达到高效的降噪效果，又降低了降噪成本。
附图说明
图1是本发明实施例所述双麦克风语音降噪装置的结构示意图；
图2是本发明实施例所述双麦克风语音降噪装置的原理框图；
图3是本发明实施例所述双麦克风语音降噪方法的流程图。
附图标记说明：
10-第一麦克风；20-第二麦克风；30-双路ADC芯片；40-DOA计算模块；50-滤波器；60-准平稳噪声消除装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种双麦克风语音降噪装置，包括第一麦克风10和第二麦克风20，所述第一麦克风10和第二麦克风20在同一水平线上，设定第一麦克风10为嘴部0°方向，则第二麦克风20为远离嘴部180°方向，且第一麦克风10和第二麦克风20相距1.1cm。
实施例2
一种双麦克风语音降噪装置，包括第一麦克风10和第二麦克风20，所述第一麦克风10和第二麦克风20在同一水平线上，设定第一麦克风10为嘴部0°方向，则第二麦克风20为远离嘴部180°方向，且第一麦克风10和第二麦克风20相距3cm。
实施例3
一种双麦克风语音降噪装置，包括第一麦克风10和第二麦克风20，所述第一麦克风10和第二麦克风20在同一水平线上，设定第一麦克风10为嘴部0°方向，则第二麦克风20为远离嘴部180°方向，且第一麦克风10和第二麦克风20相距2cm。
在上述实施例中，不存在双麦组成beamforming的主瓣过宽问题，而且对双麦的距离要求并不高，既能够达到采集双路语音信号用于降噪处理，又能够达到降低成本及装置要求的目的。
实施例4
本实施例在实施例1-3的基础上，如图2所示，还包括双路ADC芯片30，所述第一麦克风10的信号输出端连接所述双路ADC芯片30的第一信号输入端，第二麦克风20的信号输出端连接所述双路ADC芯片30的第二信号输入端。
双路ADC芯片30用于接收双麦采集的两路语音信号s0,s1，其采样率为实际处理数据采样率的整数倍，如2或4倍,然后降采样到需要处理的实际采样率。以4倍为例，双麦采集两路语音信号s0,s1，可以设置4种不同的相位差。
实施例5
本实施例在实施例4的基础上，所述双路ADC芯片30为可控相位差双路ADC芯片30。
便于控制相位差，若需要设置相位差的大小，可依照DOA估计的结果设置。
实施例6
本实施例在实施例4的基础上，如图2所示，还包括DOA计算模块40，所述双路ADC芯片30的第一信号输出端连接所述DOA计算模块40的第一信号输入端，DOA计算模块40的第一信号输出端连接双路ADC芯片30的第三信号输入端。
DOA计算模块40一方面将估计的结果返回双路ADC芯片30用于设置相位差的大小，另一方面由DOA计算的方向决定滤波器50的空间指向性。
实施例7
本实施例在实施例6的基础上，如图2所示，还包括滤波器50，所述双路ADC芯片30的第二信号输出端连接所述滤波器50的第一信号输入端，DOA计算模块40的第二信号输出端连接滤波器50的第二信号输入端。
首先，对降采样的数据进行频谱分析，迭代计算滤波器50系数；其次，以此滤波器50和其中一路输入在频域相乘，做逆傅里叶变换并重叠相加得到输出的语音信号s2。
实施例8
本实施例在实施例7的基础上，如图2所示，还包括准平稳噪声消除装置60，所述滤波器50的信号输出端连接所述准平稳噪声消除装置60的信号输入端。
以s2做输入，进行自适应噪声消除，消除准平稳的环境噪声后得到最终输出信号s。
实施例9
本实施例为实施例1-3的方法，如图3所示，一种双麦克风语音降噪方法，包括以下步骤：
A、接收并采集两路语音信号s0、s1，采样率为实际处理数据采样率的整数倍；
B、降采样至需要处理的实际采样率；
C、对降采样后的数据进行频谱分析，迭代计算出滤波器50系数；
D、以滤波器50和其中一路输入信号在频域相乘，进行逆傅里叶变换并重叠相加后，得到输出的语音信号s2。
在本实施例技术方案中，固定方向（指向估计的DOA方向，说话人方向）接收信号最强，在其它方向明显衰减，因此可以有效滤除非目标方向的语音以及音乐声，使得平稳和非平稳的噪声都可以滤除。
实施例10
本实施例在实施例9的基础上，如图3所示，还包括以下步骤：
接收语音信号s2，进行自适应噪声消除，得到最终输出信号s。
经处理后的信号再通过一个准平稳噪声消除装置60，最终可得到处理后的干净语音。
实施例11
本实施例在实施例9的基础上，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA估计后，将估计结果返回，确定相位差的大小。
需要设置相位差的大小依照DOA估计的结果设置。
实施例12
本实施例在实施例11的基础上，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA计算后，将计算结果输入滤波器50，确定滤波器50的空间指向性。
由DOA计算的方向决定了滤波器50的空间指向性。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双麦克风语音降噪装置，其特征在于，包括第一麦克风和第二麦克风，所述第一麦克风和第二麦克风在同一水平线上，设定第一麦克风为嘴部0°方向，则第二麦克风为远离嘴部180°方向，且第一麦克风和第二麦克风相距1.1cm-3cm。
2.根据权利要求1所述的双麦克风语音降噪装置，其特征在于，还包括双路ADC芯片，所述第一麦克风的信号输出端连接所述双路ADC芯片的第一信号输入端，第二麦克风的信号输出端连接所述双路ADC芯片的第二信号输入端。
3.根据权利要求2所述的双麦克风语音降噪装置，其特征在于，所述双路ADC芯片为可控相位差双路ADC芯片。
4.根据权利要求2或3所述的双麦克风语音降噪装置，其特征在于，还包括DOA计算模块，所述双路ADC芯片的第一信号输出端连接所述DOA计算模块的第一信号输入端，DOA计算模块的第一信号输出端连接双路ADC芯片的第三信号输入端。
5.根据权利要求4所述的双麦克风语音降噪装置，其特征在于，还包括滤波器，所述双路ADC芯片的第二信号输出端连接所述滤波器的第一信号输入端，DOA计算模块的第二信号输出端连接滤波器的第二信号输入端。
6.根据权利要求5所述的双麦克风语音降噪装置，其特征在于，还包括准平稳噪声消除装置，所述滤波器的信号输出端连接所述准平稳噪声消除装置的信号输入端。
7.一种双麦克风语音降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、接收并采集两路语音信号s0、s1，采样率为实际处理数据采样率的整数倍；
B、降采样至需要处理的实际采样率；
C、对降采样后的数据进行频谱分析，迭代计算出滤波器系数；
D、以滤波器和其中一路输入信号在频域相乘，进行逆傅里叶变换并重叠相加后，得到输出的语音信号s2。
8.根据权利要求7所述的双麦克风语音降噪方法，其特征在于，还包括以下步骤：
接收语音信号s2，进行自适应噪声消除，得到最终输出信号s。
9.根据权利要求7所述的双麦克风语音降噪方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA估计后，将估计结果返回，确定相位差的大小。
10.根据权利要求9所述的双麦克风语音降噪方法，其特征在于，所述步骤B和步骤C之间还包括以下步骤：
接收降采样后的数据进行DOA计算后，将计算结果输入滤波器，确定滤波器的空间指向性。
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