CN113347519B - 消除特定对象语音的方法及应用其的耳戴式声音信号装置 - Google Patents

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Abstract

一种消除特定对象语音的方法及应用其的耳戴式声音信号装置。耳戴式声音信号装置包括数个收音单元、一语音方向追踪单元、一方向加强单元、一视窗切割单元、一声纹辨识单元、一语音消除单元及二扬声器。此些收音单元阵列式排列，以取得一声音信号。语音方向追踪单元用以追踪数个声源，以获得数个声源方向。声纹辨识单元确认声音信号在各个声源方向是否含有一特定对象语音。若声音信号在此些声源方向的其中之一含有特定对象语音，则语音消除单元以一波束成型技术调整一场型，以消除特定对象语音。

Description

消除特定对象语音的方法及应用其的耳戴式声音信号装置
【技术领域】
本发明是有关于一种语音处理方法及应用其的声音信号装置，且特别是有关于一种消除特定对象语音的方法及应用其的耳戴式声音信号装置。
【背景技术】
在生活中，有些对象在自己周围说话时，会让人觉得是一种干扰，有时想要耳根清静，却又不想错失其他重要声音信息。因此需要一种针对特定对象语音消除机制，让我们达到心理平静的目的。
然而，一般的降噪技术只能使环境的噪声降低，放大语音信号，而无法消除特定对象语音，来达到心理平静的目的。
【发明内容】
本发明是有关于一种消除特定对象语音的方法及应用其的耳戴式声音信号装置，其利用语音方向追踪技术(voice tracking)与波束成型技术(beamforming)，消除特定对象语音，来达到心理平静的目的。
根据本发明的第一方面，提出一种具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置。耳戴式声音信号装置包括数个收音单元、一语音方向追踪单元、一方向加强单元、一视窗切割单元、一声纹辨识单元、一语音消除单元及二扬声器。此些收音单元阵列式排列，以取得一声音信号。语音方向追踪单元用以追踪数个声源，以获得数个声源方向。方向加强单元用以调整此些收音单元，以对此些声源方向进行加强。视窗切割单元用以对声音信号切割出数个视窗。声纹辨识单元用以于各个视窗进行声纹辨识，以确认声音信号在各个声源方向是否含有一特定对象语音。若声音信号在此些声源方向的其中之一含有特定对象语音，则语音消除单元以一波束成型技术(beamforming)调整一场型，以消除特定对象语音。扬声器用以对一左耳及一右耳输出已消除特定对象语音的声音信号。
根据本发明的第二方面，提出一种消除特定对象语音的方法。消除特定对象语音的方法包括以下步骤。以数个收音单元取得一声音信号。此些收音单元阵列式排列。追踪数个声源，以获得数个声源方向。调整此些收音单元，以对此些声源方向进行加强。对声音信号切割出数个视窗。于各个视窗进行声纹辨识，以确认声音信号在各个声源方向是否含有一特定对象语音。若声音信号在此些声源方向的其中之一含有特定对象语音，则以一波束成型技术 (beamforming)调整一场型，以消除特定对象语音。对一左耳及一右耳输出已消除特定对象语音的声音信号。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合所附图式详细说明如下：
【附图说明】
图1绘示二特定对象语音的示意图。
图2绘示根据一实施例的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置的示意图。
图3绘示根据一实施例具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置的方块图。
图4绘示根据一实施例的消除特定对象语音的方法的流程图。
图5绘示根据一实施例的声源方向的示意图。
图6A绘示特定对象语音的加强场型。
图6B绘示另一特定对象语音的加强场型。
图7绘示根据一实施例的多个视窗的示意图。
图8A绘示原有的场型。
图8B绘示调整后场型。
图9绘示根据一实施例的调整系数的示意图。
图10绘示三个特定对象语音的示意图。
图11绘示根据另一实施例的消除特定对象语音的方法的流程图。
【符号说明】
100:耳戴式声音信号装置
110:收音单元
120:语音方向追踪单元
130:方向加强单元
140:视窗切割单元
150:声纹辨识单元
160:语音消除单元
170:扬声器
A,B,C:特定对象语音
D1,D2:声源方向
F0,F1:场型
FA,FB:加强场型
MD:辨识模型
S1,S1’:声音信号
S110,S120,S130,S140,S150,S151,S152,S153, S154,S160,S161,S170:步骤
T1,T2:时间点
WD:视窗
【具体实施方式】
请参照图1，其绘示特定对象语音A与特定对象语音B的示意图。在生活中，使用者可能会觉得特定对象语音 B是一种干扰。使用者可能不想听见特定对象语音B，但直接去关闭耳戴式声音信号装置100，却又会错失重要的特定对象语音A。
请参照图2及图3，图2绘示根据一实施例的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置100的示意图，图3绘示根据一实施例具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置100的方块图。耳戴式声音信号装置100例如是一耳机或一助听器。耳戴式声音信号装置100包括数个收音单元 110、一语音方向追踪单元120、一方向加强单元130、一视窗切割单元140、一声纹辨识单元150、一语音消除单元160、及二扬声器170。收音单元110例如是一麦克风。扬声器170例如是一喇叭。语音方向追踪单元120、方向加强单元130、视窗切割单元140、声纹辨识单元150、及语音消除单元160例如是一电路、一芯片、一电路板、数组程序码、或储存程序码的记录装置。耳戴式声音信号装置100可以在接收到外界的声音信号S1后，将特定对象语音B消除，再输出调整后的声音信号 S1’，来达到心理平静的目的。以下更搭配一流程图详细说明上述各项元件的运作。
请参照图4，其绘示根据一实施例的消除特定对象语音的方法的流程图。在步骤S110中，以此些收音单元 110取得声音信号S1。如图2所示，此些收音单元110是以阵列式排列，且朝向不同方向。如此一来，某一收音单元110主要是接收到特定对象语音A；某一收音单元110主要是接收到特定对象语音B。
接着，在步骤S120中，语音方向追踪单元120 追踪数个声源，以获得数个声源方向D1、D2。请参照图5，其绘示根据一实施例的声源方向D1、D2的示意图。语音方向追踪单元120追踪特定对象语音A及特定对象语音B，分别获得声源方向D1及声源方向D2。在此步骤中，语音方向追踪单元120 以一双耳时间差信息(interaural time difference,ITD) 与一互相关函数(Cross Correlation Function,CCF)追踪此些声源，以获得声源方向D1、D2。
然后，在步骤S130中，方向加强单元130调整此些收音单元110，以对声源方向D1、D2进行加强。请参照图 6A～6B，图6A绘示特定对象语音A的加强场型FA，图6B绘示特定对象语音B的加强场型FB。在此步骤中，方向加强单元130 通过一波束成型技术(beamforming)调整收音单元110，以对声源方向D1、D2进行加强。如图6A的加强场型FA所示，朝向特定对象语音A的波束能量较高，可以获得加强特定对象语音A。如图6B的加强场型FB所示，朝向特定对象语音B的波束能量较高，可以获得加强特定对象语音B。
接着，在步骤S140中，视窗切割单元140对声音信号S1切割出数个视窗WD。请参照图7，其绘示根据一实施例的多个视窗WD的示意图。在此步骤中，视窗WD大于或等于 32毫秒(ms)，有助于声纹辨识的确认。并且，此些视窗WD 之间隔小于或等于5毫秒，以避免使用者感到延迟。
然后，在步骤S150中，声纹辨识单元150于各个视窗WD进行声纹辨识，以确认声音信号S1在各个声源方向 D1、D2是否含有特定对象语音B。在此步骤中，声纹辨识单元 150取得针对特定对象语音B的辨识模型MD。辨识模型MD是预先训练且储存于声纹辨识单元150中。
接着，在步骤S151中，声纹辨识单元150判断声音信号S1在声源方向D1、D2是否含有特定对象语音B。声音信号S1在声源方向D1不含有特定对象语音B，故进入步骤S161；声音信号S1在声源方向D2含有特定对象语音B，故进入步骤S160。
在步骤S161中，语音消除单元160维持原有的场型，以保持特定对象语音A。请参照图8A，其绘示原有的场型F0。在原有的场型F0的下，特定对象语音A得以保持。
在步骤S160中，语音消除单元160以一波束成型技术(beamforming)调整场型，以消除欲消除的特定对象语音B。请参照图8B，其绘示调整后场型F1。在调整后场型F1 的下，特定对象语音B被减弱。在此步骤中，语音消除单元160 随时间渐进式调整场型F1。举例来说，请参照图9，其绘示根据一实施例的调整系数的示意图。在时间点T1，辨识出特定对象语音B，语音消除单元160随时间渐进式降低调整系数，以随时间渐进式调整调整场型F1。在时间点T2，特定对象语音B消失了，语音消除单元160随时间渐进式增加调整系数，以随时间渐进式复原为原有的场型F0。
接着，在步骤S170中，扬声器170对一左耳及一右耳输出已消除特定对象语音B的声音信号S1’。
在一种情况中，同一方向可能存在两种特定对象语音，而需要额外的处理步骤。请参照图10，其绘示特定对象语音A、B、C的示意图。特定对象语音A位于声源方向D1，特定对象语音B、C位于声源方向D2。请参照图11，其绘示根据另一实施例的消除特定对象语音的方法的流程图。在步骤 S150中，声纹辨识单元150于各个视窗WD进行声纹辨识，以确认声音信号S1在各个声源方向D1、D2是否含有特定对象语音 B。在此步骤中，声纹辨识单元150取得针对特定对象语音B 的辨识模型MD。
接着，在步骤S151中，声纹辨识单元150判断声音信号S1在声源方向D1、D2是否含有特定对象语音B。声音信号S1在声源方向D1不含有特定对象语音B，故进入步骤 S161；声音信号S1在声源方向D2含有特定对象语音B，故进入步骤S152。
在步骤S152中，声纹辨识单元150判断是否含有两个以上特定对象语音。如图10所示，在声源方向D2含有特定对象语音B及特定对象语音C，故流程进入步骤S153。
在步骤S153中，语音消除单元160对各个视窗 WD消除欲消除的特定对象语音B。在此步骤中，语音消除单元 160例如是采用可可适性信号处理技术消除特定对象语音B。
在步骤S154中，语音消除单元160进行视窗WD 合成。合成后，声源方向D2仅留下特定对象语音C，而不含有特定对象语音B。
接着，在步骤S170中，扬声器170对一左耳及一右耳输出已消除特定对象语音B的声音信号S1’。
通过上述实施例，特定对象语音B可以顺利消除，并保留下重要的特定对象语音A。在处理过程中，使用者感知不到的延迟时间(真实声音与播放声音的时间差小于或等于5毫秒)。上述实施例不采用视窗合成的方式，而是采用波束成型技术，使得调整后的声音信号S1’能够保持真实性，而不会有失真的情况。
此外，即使在吵杂环境下，视窗WD的辨识结果可能不稳定时，渐进式的调整场型能够让声音的变化较为平滑，使用者感受较为舒适。
综上所述，虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (10)

1.一种具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，包括：
多个收音单元，该多个收音单元阵列式排列，以取得一声音信号；
一语音方向追踪单元，用以追踪多个声源，以获得多个声源方向；
一方向加强单元，用以调整该多个收音单元，以对该多个声源方向进行加强；
一视窗切割单元，用以对该声音信号切割出多个视窗；
一声纹辨识单元，用以于各该视窗以一辨识模型进行声纹辨识，以确认该声音信号在各该声源方向是否含有一特定对象语音；
一语音消除单元，若该声音信号在该多个声源方向的其中之一含有该特定对象语音，则该语音消除单元以一波束成型技术减弱该特定对象语音的方向的一场型，以消除该特定对象语音；以及
二扬声器，用以对一左耳及一右耳输出已消除该特定对象语音的该声音信号。
2.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该多个收音单元朝向不同方向。
3.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该语音方向追踪单元以一双耳时间差信息与一互相关函数追踪该多个声源，以获得该多个声源方向。
4.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该方向加强单元通过一波束成型技术调整该多个收音单元，以对该多个声源方向进行加强。
5.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该多个视窗大于或等于32毫秒。
6.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该多个视窗之间隔小于或等于5毫秒。
7.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该语音消除单元随时间渐进式调整该场型。
8.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，该语音消除单元随时间渐进式调整该场型，并且该语音消除单元随时间渐进式复原该场型。
9.如权利要求1所述的具特定对象语音消除机制的耳戴式声音信号装置，其特征在于，若该声音信号在该多个声源方向的其中之一不含有该特定对象语音，则该语音消除单元维持该场型。
10.一种消除特定对象语音的方法，其特征在于，包括：
以多个收音单元取得一声音信号，该多个收音单元阵列式排列；
追踪多个声源，以获得多个声源方向；
调整该多个收音单元，以对该多个声源方向进行加强；
对该声音信号切割出多个视窗；
于各该视窗以一辨识模型进行声纹辨识，以确认该声音信号在各该声源方向是否含有一特定对象语音；
若该声音信号在该多个声源方向的其中之一含有该特定对象语音，则以一波束成型技术减弱该特定对象语音的方向的一场型，以消除该特定对象语音；以及
对一左耳及一右耳输出已消除该特定对象语音的该声音信号。
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