CN1877517B - 用于减少风噪声的音频数据处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于减少风噪声的音频数据处理装置和方法。所述装置包括：风噪声检测单元，用于从输入音频信号检测风噪声部分；以及信号处理单元，用于减少被检测到的风噪声部分中的输入音频信号的低频频带信号。所述装置确定是否存在风，并且基于所确定的结果自动地减少风噪声。因此，该装置可有效地减少风噪声。

Description

用于减少风噪声的音频数据处理装置和方法

技术领域

本发明总的构思涉及音频数据处理装置，尤其涉及用于减少风噪声的音频处理装置和方法。

背景技术

诸如可携式摄像机之类的具有麦克风的记录/再现装置常常在室内使用，并且在户外记录的声音受到风的恶劣影响。麦克风对风不正常地响应。当再现风存在时记录的声音时，其中包括的风的声音听起来像爆炸。图1示出了基于大多数风噪声存在于低频频带的事实来减少风噪声的传统装置。

图1示出了用于减少风噪声的传统装置。经由装置的左通道输入到装置的音频信号具有两条路径。当开关120处于导通时第一条路径存在，而当开关120处于关断时第二条路径存在。

当开关120处于导通时，输入到装置的音频信号通过高通滤波器(HPF)110，并且高频频带中的信号作为输出信号输出。当开关120处于关断时，输入到装置的音频信号作为输出信号输出。在图1中，仅仅示出了装置的左通道。然而，相同的配置应用于装置的右通道。

当风不存在时，用户可以使开关120关断，以便允许输入的音频信号不变化地输出。当风存在时，用户可以使开关120导通，以从输入音频信号减少低频频带中的信号。结果，输入音频信号受风噪声影响较少。

然而，该方法最大的缺点是，当开关120导通时，即使风不存在，从所有输入信号也只有高频频带信号被检测到并且被再现。尽管风噪声存在于低频频带中，如果在风不存在时使用该方法，则可减少可能是重要的人的语音或其它低频声音。因此，不是噪声的音频信号可能听起来令人不高兴。

发明内容

本发明总的构思提供了一种音频数据处理装置和方法，其能够在记录设备中有效地减少风噪声，并且提供增强的音频质量给用户。

本发明总的构思的另外的方面和效用部分地在下面的描述中提出，部分地从描述中显而易见，或者可以通过本发明总的构思的实践获得。

本发明总的构思的前述和/或其它方面可以通过提供一种音频数据处理装置实现，该一种音频数据处理装置包括：风噪声检测单元，用于检测输入音频信号中的风噪声部分；以及信号处理单元，用于减少被检测到的风噪声部分中的输入音频信号的低频频带信号。

所述输入音频信号可包括左通道输入音频信号和右通道输入音频信号，并且所述风噪声检测单元可检测其中左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差值超过预定的阈值的左和右通道输入音频信号的部分作为风噪声部分。

所述低频频带信号可包括左通道输入音频信号的低频频带信号和右通道输入音频信号的低频频带信号，并且信号处理单元可根据风噪声部分中的差值，调节左通道输入音频信号的低频频带信号和右通道输入音频信号的低频频带信号。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种音频数据处理装置实现，该音频数据处理装置包括：第一算符部件，用于计算在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差值；电平调节器，用于根据计算的差值调节左通道输入音频信号的低频频带信号的电平和右通道输入音频信号的低频频带信号的电平；第二算符部件，用于将左通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的左通道输入音频信号的低频频带信号；以及第三算符部件，用于将右通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的右通道输入音频信号的低频频带信号。

如果所述计算的差值超过预定的阈值，则所述电平调节器可根据所述计算的差值，调节左通道输入音频信号的低频频带信号的电平和右通道输入音频信号的低频频带信号的电平。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种音频数据处理装置实现，该音频数据处理装置包括：第一输入通道，用于输入第一音频输入信号；第二输入通道，用于输入第二音频输入信号；电平检测单元，用于通过比较第一和第二音频输入信号，检测第一和第二音频输入信号中的风噪声的电平；以及信号处理单元，用于基于所检测到的风噪声的电平处理第一和第二音频输入信号，以便减少在第一和第二音频输入信号中的风噪声。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种音频数据处理方法实现，该音频数据处理方法包括：检测输入音频信号中的风噪声部分；以及减少被检测到的风噪声部分中的输入音频信号的低频频带信号。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种音频数据处理方法实现，该音频数据处理方法包括：计算在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差值；根据计算的差值，调节左通道输入音频信号的低频频带信号的电平和右通道输入音频信号的低频频带信号的电平；将左通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的左通道输入音频信号的低频频带信号；以及将右通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的右通道输入音频信号的低频频带信号。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种具有用来执行一种音频数据处理方法的可执行代码的计算机可读记录介质实现，该方法包括：检测输入音频信号中的风噪声部分；以及减少被检测到的风噪声部分中的输入音频信号的低频频带信号。

本发明总的构思的前述和/或其它方面还可以通过提供一种具有用来执行一种音频数据处理方法的可执行代码的计算机可读记录介质实现，该方法包括：计算在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差值；根据计算的差值，调节左通道输入音频信号的低频频带信号的电平和右通道输入音频信号的低频频带信号的电平；将左通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的左通道输入音频信号的低频频带信号；以及将右通道输入音频信号的高频频带信号加到调节过的右通道输入音频信号的低频频带信号。

附图说明

本发明总的构思的这些和/或其它方面，从下面结合附图的实施例的描述，将会变得清楚和更容易地理解，在附图中：

图1是图示用于减少风噪声的传统的装置的视图；

图2A和2B是分别图示左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的曲线图，两者都具有风噪声，并且图2C是图示作为从左通道输入音频信号减去右通道输入音频信号的结果得到的信号；

图3是图示根据本发明总的构思的实施例用于减少风噪声的音频数据处理装置的框图；

图4是图示图3的音频数据处理装置的详细框图；

图5是图示根据本发明总的构思的实施例减少风噪声的方法的流程图；

图6A和6B是分别图示两者都具有风噪声的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的曲线图；以及

图7A和7B是图示利用图5的减少风噪声的方法处理和输出的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的曲线图。

具体实施方式

现在详细引用本发明总的构思的实施例，其例子在附图中图示，其中相同的参考标号始终指相同的元件。下面描述实施例，以便通过参照附图解释本发明总的构思。

图2A和2B的图分别图示具有风噪声并且通过音频数据处理装置的左通道输入到所述装置以减少风噪声的音频信号(下文称作为左通道输入音频信号)，和具有风噪声且通过所述装置的右通道输入到所述装置的音频信号(下文称作为右通道输入音频信号)。在图2A和2B的每幅图中，水平轴指示音频信号的采样数量，而垂直轴指示音频信号的幅度(dB)。

参照图2A和2B，左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的整体形状没有太多的不同。然而通过左和右通道输入的风噪声是不同的。因此，如果从图2A所图示的左通道输入音频信号减去图2B所图示的右通道输入音频信号，则如图2C所图示，所得到的信号210、220、230、240、250、260、270和280指示风噪声依然存在。

因此，如果从左通道输入音频信号减去右通道输入音频信号或者如果从右通道输入音频信号减去左通道输入音频信号，则可以检测到其中风噪声存在的部分。在这样的部分，如果执行减少风噪声的过程，则可以从右和左通道输入音频信号中有效地减少风噪声。

图3是图示根据本发明总的构思的实施例用于减少风噪声的音频数据处理装置300的框图。参照图3，装置300包括风噪声检测单元310和信号处理单元320。

风噪声检测单元310利用分别通过左通道输入端和右通道输入端接收的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号，检测其中存在风噪声的输入音频信号的部分，并且将有关其中存在风噪声的被检测部分的信息，发送到信号处理单元320。

信号处理单元320接收有关被检测部分的信息，仅仅对其中存在风噪声的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的被检测部分执行用于减少风噪声的信号处理，并且将该信号处理的结果输出到左和右通道输出。也就是说，信号处理单元320处理其中确定风噪声存在的左通道输入音频信号的部分，并且输出经过处理的左通道输入音频信号到左通道输出，并且处理其中确定风噪声存在的右通道输入音频信号的部分，并且输出经过处理的右通道输入音频信号到右通道输出。

图4是图示图3的音频数据处理装置300的详细框图。参照图4，风噪声检测单元310包括第一算符部件311和电平检测器312。

利用两个麦克风分别输入到装置300的两个通道的两个信号被识别为输入信号，并且为了方便的缘故，一个通道被称作为左通道输入，而另一个通道被称作为右通道输入。

第一算符部件311从左通道输入音频信号减去右通道输入音频信号，并且将所得的信号发送到电平检测器312。如上参照图2A至2C所述，当风存在时，在左通道中的风噪声和在右通道中的风噪声不同。因此，如果从来自左通道的左通道输入音频信号减去来自右通道的右通道输入音频信号，则在结果信号中只剩下风噪声分量。

如图4所图示，第一算符部件311从左通道输入音频信号减去右通道输入音频信号。然而，第一算符部件311也可以从右通道输入音频信号减去左通道输入音频信号。第一算符部件311计算在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差值也足够了。

电平检测器312从第一算符部件311接收所得的信号，基于结果信号的属性信息确定风的强度，并且基于所确定的风的强度计算要从电平检测器312输出的信号的增益。如果确定的风的强度高，则可以调节信号增益，以便大大减少低频频带中的信号。如果确定的风的强度弱，则可以调节要输出的信号增益，以便少量减少低频频带中的信号。

现在描述利用电平检测器312根据风的强度，调节要被低频频带信号相乘的增益的大小的方法。电平检测器312确定从左通道输入音频信号减去右通道输入音频信号所得的值是否超过预定的阈值。如果所述值超过预定的阈值，则电平检测器312确定左和右通道输入音频信号包含风噪声信号分量。如果被减去后的值不超过预定的阈值，则电平检测器312确定左和右通道输入音频信号不包含风噪声信号分量。

如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号包含风噪声信号分量，则电平检测器312输出预定的增益值，以从左和右通道输入音频信号减少风噪声。如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号不包含风噪声信号分量，则电平检测器312输出预定增益值，不从左和右通道输入音频信号减少风噪声。例如，如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号不包含风噪声信号分量，则电平检测器312可以输出“1”。如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号包含风噪声信号分量，则电平检测器312可输出大于或者等于0而小于1的预定增益值，其对应于在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差。当所述差值增加时，对应于在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差的预定增益值可以接近0，而当差值减少时可接近1。

信号处理单元320包括第一高通滤波器(HPF)321、第一低通滤波器(LPF)322、第二LPF 323、第二HPF 324、第一电平调节器325、第二电平调节器326、第二算符部件327和第三算符部件328。

分别由第一HPF 321和第一LPF 322将左通道输入音频信号划分为一个或多个频率分量，例如，高频分量和低频分量。换言之，第一HPF 321从左通道输入音频信号检测高频频带信号，并且将被检测到的高频频带信号输出到第二算符部件327。第一LPF 322从左通道输入音频信号检测低频频带信号，并且将被检测到的低频频带信号输出到第一电平调节器325。

第一电平调节器325用从电平检测器312输出的增益值乘所接收的低频频带信号，并且将乘积结果输出到第二算符部件327。例如，如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号不包含风噪声信号分量并输出“1”，第一电平调节器325用“1”乘所接收的低频频带信号。因此，所接收的低频频带信号保持不变，仿佛所接收的低频频带信号没经过处理。

如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号包含风噪声信号分量并输出“0.5”，第一电平调节器325用“0.5”乘所接收的低频频带信号。因此，低频频带信号的幅度被减少二分之一。因此，当由风噪声检测单元310检测到风噪声部分时，具有风噪声的低频频带信号可以自动降低。因此，由风噪声引起的令人不快的声音可以被最小化，并且当所述风不存在时，可以记录全频带的信号。

第二算符器件327将从第一HPF 321接收的高频频带信号加到从第一电平调节器325接收的乘积结果，并且输出相加结果给左通道输出。类似地将如上所述的左通道的信号处理应用于右通道输入音频信号。

分别由第二HPF 324和第二LPF 323将右通道输入音频信号划分为一个或多个频率分量，例如，高频分量和低频分量。第二HPF 324从右通道输入音频信号检测高频频带信号，并且将被检测到的高频频带信号输出到第三算符部件328。第二LPF 323从右通道输入音频信号检测低频频带信号，并且将被检测到的低频频带信号输出到第二电平调节器326。

第二电平调节器326用从电平检测器312输出的增益值乘所接收的低频频带信号，并且将乘积结果输出到第三算符部件328。例如，如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号不包含风噪声信号分量并输出“1”，则第二电平调节器326用“1”乘所接收的低频频带信号。因此，所接收的低频频带信号保持不变，仿佛所接收的低频频带信号没经过处理。

如果电平检测器312确定左和右通道输入音频信号包含风噪声信号分量并输出“0.5”，则第二电平调节器326用“0.5”乘所接收的低频频带信号。因此，低频频带信号的幅度被减少0.5。

第三算符部件328将从第二HPF 324接收的高频频带信号加到从第二电平调节器326接收的乘法结果，并且输出该加法结果到右通道输出。

一般来说，风噪声的频率低于400Hz。然而，通过训练，可以选择性地确定风噪声频率的范围。本领域的普通技术人员可以选择性地确定低频频带的范围和高频频带的范围。

图5是图示根据本发明总的构思的用于减少风噪声的方法的流程图。参照图5，分别从右和左通道接收输入音频信号(操作510)。

检测来自左通道的输入音频信号和来自右通道的输入音频信号之间的差(操作520)，并且该被检测的差表示风噪声。

接着确定被检测到的差是否超过预定的阈值(操作530)。如果所述差超过预定的阈值，则基于检测到的差调节左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的低频频带信号(操作540)。

将左通道输入音频信号的高频频带信号加到左通道输入音频信号的被调节的低频频带信号，并且将相加结果输出到左通道输出。将右通道输入音频信号的高频频带信号加到右通道输入音频信号的被调节的低频频带信号，并且将相加结果输出到右通道输出(操作550)。

如果在操作550所述差不超过预定的阈值，则不调节左和右通道输入音频信号的低频频带信号。相反，将从右通道输入的音频信号不变地输出到右通道输出，而将从左通道输入的音频信号不变地输出到左通道输出(操作560)。

在图5所示的方法中，只有当在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号之间的差，即，风分量超过预定的阈值时，才调节右通道输入音频信号和左通道输入音频信号各自的低频频带信号。然而，本发明总的构思不局限于这种情况。换句话说，即使当所述差不超过预定的阈值，即，即使当风分量非常小时，左和右通道输入音频信号的低频频带信号也可以被调节。

图6A和6B是分别图示都具有风噪声的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的曲线图。图7A和7B是分别图示利用图5的减少风噪声的方法处理和输出的图6A和6B的左通道输入音频信号和右通道输入音频信号的曲线图。从图7A和7B的曲线图可以看到，包括在左通道输入音频信号和右通道输入音频信号中的风噪声被显著地减少。

本发明总的构思可能在计算机可读记录介质上实现为计算机可读代码。计算机可读记录介质包括存储计算机系统可读的数据的许多类型的记录装置。ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储等被用作计算机可读记录介质。计算机可读记录介质还可以载波的形式实现(例如，经由因特网的传输)。

如上所述，根据本发明总的构思的实施例的音频数据处理装置确定风是否存在，并且根据确定结果自动减少在输入信号中的风噪声。此外，音频数据处理装置根据风强度自动减少风噪声，由此显著增强了音频质量。

尽管已经示出和描述了本发明总的构思的几个实施例，但是，本领域的技术人员将会理解，在不偏离本发明总的构思的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行变化，本发明总的构思的范围由权利要求及其等效定义。

Claims (12)

1.一种音频数据处理装置，包括：

风噪声检测单元，用于检测输入音频信号中的风噪声部分，该输入音频信号包括第一输入音频信号和第二输入音频信号；以及

信号处理单元，用于独立地减少被检测到的风噪声部分中的第一输入音频信号的低频频带信号和第二输入音频信号的低频频带信号，

其中，所述风噪声检测单元包括：

第一算符部件，用于计算在第一输入音频信号和第二输入音频信号之间的差值；

电平检测器，用于基于所述差值检测噪声信号的幅度，并且根据该幅度设置并输出增益值，

其中，所述信号处理单元包括：

第一高通滤波器，用于提取第一输入音频信号的第一高频频带；

第一低通滤波器，用于提取第一输入音频信号的第一低频频带；

第一电平调节器，基于电平检测器输出的增益值调节第一低频频带的电平；

第二算符部件，用于组合所提取的第一高频频带和经调节的第一低频频带；

第二高通滤波器，用于提取第二输入音频信号的第二高频频带；

第二低通滤波器，用于提取第二输入音频信号的第二低频频带；

第二电平调节器，基于电平检测器输出的增益值调节第二低频频带的电平；

第三算符部件，用于组合所提取的第二高频频带和经调节的第二低频频带。

2.如权利要求1所述的装置，其中如果第一输入音频信号和第二输入音频信号之间的差值超过预定的阈值，则所述电平检测器确定该第一和第二输入音频信号中包含风噪声信号分量。

3.如权利要求2所述的装置，其中，如果电平检测器确定第一和第二输入音频信号包含风噪声信号分量，则设置并输出增益值以用于从第一和第二输入音频信号中减少风噪声。

4.如权利要求1所述的装置，其中当噪声信号的幅度小于预定值时，所述电平检测器设置增益值为1，而当噪声信号的幅度大于或等于预定值时，设置增益值为小于1并且大于或等于0。

5.如权利要求4所述的装置，其中当所述噪声信号的幅度增加时，电平检测器减少所述增益值。

6.如权利要求4所述的装置，其中所述第二算符部件用所述增益值乘以所述第一输入音频信号的第一低频频带部分，以减少在所述第一输入音频信号中的风噪声；并且所述第三算符部件用所述增益值乘以所述第二输入音频信号的第二低频频带部分，以减少在所述第二输入音频信号中的风噪声。

7.如权利要求1所述的装置，还包括：

第一输入通道，用于输入第一输入音频信号；

第二输入通道，用于输入第二输入音频信号。

8.一种音频数据处理方法，包括：

计算在第一输入音频信号和第二输入音频信号之间的差值；

基于所述差值设置增益值；

分别提取第一输入音频信号的第一高频频带和第二输入音频信号的第二高频频带；

分别提取第一输入音频信号的第一低频频带和第二输入音频信号的第二低频频带；

基于所述增益值，独立地调节第一低频频带的电平和第二低频频带的电平；

组合所提取的第一高频频带和经调节的第一低频频带；以及

组合所提取的第二高频频带和经调节的第二低频频带。

9.如权利要求8所述的方法，其中组合所提取的第一高频频带和经调节的第一低频频带包括：将第一输入音频信号的第一高频频带信号加到第一输入音频信号的经调节的第一低频频带信号；并且

组合所提取的第二高频频带和经调节的第二低频频带包括：将第二输入音频信号的第二高频频带信号加到第二输入音频信号的经调节的第二低频频带信号。

10.如权利要求9所述的方法，其中基于所述增益值独立地调节第一低频频带的电平和第二低频频带的电平包括：

用所述增益值乘以第一输入音频信号的第一低频频带信号；以及

用所述增益值乘以第二输入音频信号的第二低频频带信号。

11.如权利要求10所述的方法，其中基于所述差值设置增益值包括：

当所计算的差值不大于预定值时，将增益值设置为大于或等于0并且小于1；以及

当所计算的差值大于预定值时，将增益值设置为1。

12.如权利要求10所述的方法，其中基于所述差值设置增益值包括：

当所计算的差值增加时减少增益值。

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