CN113163282B - 一种基于usb的降噪拾音系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及拾音系统，具体涉及一种基于USB的降噪拾音系统及方法，包括控制器，以及通过USB与控制器连接的阵列麦克风、指向麦克风，控制器与安装于阵列麦克风上的用于采集音频的第一信号采集模块相连，控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号的噪声信号确定模块相连，控制器与用于对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级的噪声等级分析模块相连，控制器与用于存储噪声大小等级与麦克风灵敏度之间映射关系的数据存储模块相连；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的对麦克风拾音的降噪效果较差、不能根据噪声大小等级对降噪系统进行相应调节的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及拾音系统，具体涉及一种基于USB的降噪拾音系统及方法。
背景技术
拾音是指终端通过部署麦克风获取外部声源发出语音信号的过程。比如，当用户通过手机通话时，手机通过麦克风获得用户发出的语音信号。由于在拾音过程中麦克风采集的声音信号可能同时包括声源发出的语音信号和其他噪声信号，而噪声信号会对声源发出的语音信号造成干扰，因此在拾音过程中，应尽量避免麦克风接收到噪声信号，也即提高麦克风的降噪效果。
在信息时代的今天，有线会议系统正在向无线会议系统演变。随着科学技术的快速发展，无线麦克风系统已被成功开发，但是目前的无线麦克风系统只能实现一对一或一对二，操作响应时间较长且功耗大，而且一旦环境中存在较大的噪声信号，其语音识别率急剧下降，使用场所受限。此外，无线麦克风系统因为WIFI功耗大，都带有电源线，不便携带和使用。
在相关技术中，为了减少外界噪声信号的影响，通常使用等间距麦克风阵列以及配套的降噪算法对音频进行降噪处理，从而提高语音识别的准确率。但是，这种方法对麦克风拾音的降噪效果较差，不能根据噪声大小等级对降噪系统进行相应调节，无法达到良好的降噪效果。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种基于USB的降噪拾音系统及方法，能够有效克服现有技术所存在的对麦克风拾音的降噪效果较差、不能根据噪声大小等级对降噪系统进行相应调节的缺陷。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于USB的降噪拾音系统，包括控制器，以及通过USB与控制器连接的阵列麦克风、指向麦克风，所述控制器与安装于阵列麦克风上的用于采集音频的第一信号采集模块相连，所述控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号的噪声信号确定模块相连，所述控制器与用于对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级的噪声等级分析模块相连，所述控制器与用于存储噪声大小等级与麦克风灵敏度之间映射关系的数据存储模块相连；
所述控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定声源方向的声源方向判断模块相连，所述控制器与用于根据麦克风灵敏度、声源方向对指向麦克风进行调控的指向麦克风控制模块相连，所述控制器与安装于指向麦克风上的用于采集音频的第二信号采集模块相连；
所述控制器与用于对指向麦克风采集音频进行预降噪处理的预降噪处理模块相连，所述控制器与用于根据噪声大小等级判断适用降噪模型的降噪模型判断模块相连，所述控制器与用于根据降噪模型判断模块的判断结果构建对应降噪模型的降噪模型构建模块相连，所述降噪模型构建模块与用于输入预降噪信号的预降噪信号输入模块相连。
优选地，所述噪声信号确定模块根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号。
优选地，所述声源方向判断模块基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
优选地，所述指向麦克风控制模块根据噪声等级分析模块得到的噪声大小等级，从数据存储模块中的映射关系中查找对应麦克风灵敏度，并调控指向麦克风的灵敏度，同时将指向麦克风调控至声源方向判断模块确定的声源方向。
优选地，所述预降噪处理模块将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
优选地，所述降噪模型判断模块判断噪声大小等级大于阈值等级时，所述降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第一降噪模型；否则，所述降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第二降噪模型。
优选地，还包括与所述降噪模型构建模块相连的用于对降噪模型输出的音频信号进行滤波处理的音频滤波模块，所述控制器根据降噪模型判断模块的判断结果，控制降噪模型构建模块生成第一降噪模型或第二降噪模型，所述预降噪信号输入模块将预降噪信号输入降噪模型构建模块生成的降噪模型。
一种基于USB的降噪拾音方法，包括以下步骤：
S1、根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号、声源方向，对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级；
S2、利用噪声大小等级与麦克风灵敏度之间的映射关系，确定指向麦克风灵敏度；
S3、根据指向麦克风灵敏度、声源方向对指向麦克风进行调控，并对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号；
S4、根据噪声大小等级判断适用降噪模型，并构建对应降噪模型，将预降噪信号输入对应降噪模型，得到目标信号。
优选地，S1中根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号、声源方向，包括：
根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号；基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
优选地，S3中对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号，包括：
将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于USB的降噪拾音系统及方法，能够对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级，利用噪声大小等级与麦克风灵敏度之间的映射关系，确定指向麦克风灵敏度，并且能够根据噪声大小等级判断适用降噪模型，使得系统能够适应不同大小等级的噪音；通过对指向麦克风采集音频的二次降噪处理，能够有效提升麦克风拾音的降噪效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明系统示意图；
图2为本发明流程示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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作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。
一种基于USB的降噪拾音系统，如图1所示，包括控制器，以及通过USB与控制器连接的阵列麦克风、指向麦克风，控制器与安装于阵列麦克风上的用于采集音频的第一信号采集模块相连，控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号的噪声信号确定模块相连，控制器与用于对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级的噪声等级分析模块相连，控制器与用于存储噪声大小等级与麦克风灵敏度之间映射关系的数据存储模块相连。
噪声信号确定模块根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号。
控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定声源方向的声源方向判断模块相连，控制器与用于根据麦克风灵敏度、声源方向对指向麦克风进行调控的指向麦克风控制模块相连，控制器与安装于指向麦克风上的用于采集音频的第二信号采集模块相连。
声源方向判断模块基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
指向麦克风控制模块根据噪声等级分析模块得到的噪声大小等级，从数据存储模块中的映射关系中查找对应麦克风灵敏度，并调控指向麦克风的灵敏度，同时将指向麦克风调控至声源方向判断模块确定的声源方向。
本申请技术方案中，对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级，利用噪声大小等级与麦克风灵敏度之间的映射关系，确定指向麦克风灵敏度。
控制器与用于对指向麦克风采集音频进行预降噪处理的预降噪处理模块相连，控制器与用于根据噪声大小等级判断适用降噪模型的降噪模型判断模块相连，控制器与用于根据降噪模型判断模块的判断结果构建对应降噪模型的降噪模型构建模块相连，降噪模型构建模块与用于输入预降噪信号的预降噪信号输入模块相连。
预降噪处理模块将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
降噪模型判断模块判断噪声大小等级大于阈值等级时，降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第一降噪模型；否则，降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第二降噪模型。
还包括与降噪模型构建模块相连的用于对降噪模型输出的音频信号进行滤波处理的音频滤波模块，控制器根据降噪模型判断模块的判断结果，控制降噪模型构建模块生成第一降噪模型或第二降噪模型，预降噪信号输入模块将预降噪信号输入降噪模型构建模块生成的降噪模型。
本申请技术方案中，能够根据噪声大小等级判断适用降噪模型，使得系统能够适应不同大小等级的噪音。通过预降噪处理模块对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，并将预降噪信号输入降噪模型构建模块生成的降噪模型中，实现对指向麦克风采集音频的二次降噪，能够有效提升麦克风拾音的降噪效果。
一种基于USB的降噪拾音方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号、声源方向，对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级；
S2、利用噪声大小等级与麦克风灵敏度之间的映射关系，确定指向麦克风灵敏度；
S3、根据指向麦克风灵敏度、声源方向对指向麦克风进行调控，并对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号；
S4、根据噪声大小等级判断适用降噪模型，并构建对应降噪模型，将预降噪信号输入对应降噪模型，得到目标信号。
S1中根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号、声源方向，包括：
根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号；基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
S3中对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号，包括：
将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于USB的降噪拾音系统，其特征在于，包括控制器，以及通过USB与控制器连接的阵列麦克风、指向麦克风，所述控制器与安装于阵列麦克风上的用于采集音频的第一信号采集模块相连，所述控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号的噪声信号确定模块相连，所述控制器与用于对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级的噪声等级分析模块相连，所述控制器与用于存储噪声大小等级与麦克风灵敏度之间映射关系的数据存储模块相连；
所述控制器与用于根据阵列麦克风采集音频确定声源方向的声源方向判断模块相连，所述控制器与用于根据麦克风灵敏度和声源方向对指向麦克风进行调控的指向麦克风控制模块相连，所述控制器与安装于指向麦克风上的用于采集音频的第二信号采集模块相连；
所述控制器与用于对指向麦克风采集音频进行预降噪处理的预降噪处理模块相连，所述控制器与用于根据噪声大小等级判断适用降噪模型的降噪模型判断模块相连，所述控制器与用于根据降噪模型判断模块的判断结果构建对应降噪模型的降噪模型构建模块相连，所述降噪模型构建模块与用于输入预降噪信号的预降噪信号输入模块相连；
降噪拾音系统还包括与所述降噪模型构建模块相连的用于对降噪模型输出的音频信号进行滤波处理的音频滤波模块，所述控制器根据降噪模型判断模块的判断结果，控制降噪模型构建模块生成第一降噪模型或第二降噪模型，所述预降噪信号输入模块将预降噪信号输入降噪模型构建模块生成的降噪模型。
2.根据权利要求1所述的基于USB的降噪拾音系统，其特征在于：所述噪声信号确定模块根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号。
3.根据权利要求2所述的基于USB的降噪拾音系统，其特征在于：所述声源方向判断模块基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
4.根据权利要求3所述的基于USB的降噪拾音系统，其特征在于：所述指向麦克风控制模块根据噪声等级分析模块得到的噪声大小等级，从数据存储模块中的映射关系中查找对应麦克风灵敏度，并调控指向麦克风的灵敏度，同时将指向麦克风调控至声源方向判断模块确定的声源方向。
5.根据权利要求4所述的基于USB的降噪拾音系统，其特征在于：所述预降噪处理模块将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
6.根据权利要求5所述的基于USB的降噪拾音系统，其特征在于：所述降噪模型判断模块判断噪声大小等级大于阈值等级时，所述降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第一降噪模型；否则，所述降噪模型判断模块判断预降噪信号适用第二降噪模型。
7.一种应用于权利要求1所述的基于USB的降噪拾音系统的降噪拾音方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号和声源方向，对噪声信号进行分析并判断噪声大小等级；
S2、利用噪声大小等级与麦克风灵敏度之间的映射关系，确定指向麦克风灵敏度；
S3、根据指向麦克风灵敏度和声源方向对指向麦克风进行调控，并对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号；
S4、根据噪声大小等级判断适用降噪模型，并构建对应降噪模型，将预降噪信号输入对应降噪模型，得到目标信号。
8.根据权利要求7所述的降噪拾音方法，其特征在于：S1中根据阵列麦克风采集音频确定噪声信号和声源方向，包括：
根据阵列麦克风采集音频确定阻塞矩阵，并根据阻塞矩阵确定噪声信号；基于广义互相关函数，根据阵列麦克风采集音频对声源方向进行分析。
9.根据权利要求8所述的降噪拾音方法，其特征在于：S3中对指向麦克风采集音频进行预降噪处理，得到预降噪信号，包括：
将指向麦克风采集音频减去噪声信号与降噪系数之间的乘积，得到预降噪信号。
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