TWI279776B - Method and device for speech enhancement in the presence of background noise - Google Patents

Description

1279776 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 士。本發明之發明領域係有關於一項技術，以增強語音 l號據以改進为景雜讯出現時的通訊。尤其是（但是 不排除）本發明有關於雜訊減低系統的設計，、其可^ 低語音信號中背景雜訊的準位。 / 【先前技術】 二❹魏系統中背景雜訊的準位是—項重要的 電話時:::主在忍 气夢θΓΐ事 車内（尤其是非手持式的 电活更疋如此），或者是在街道上， 糸統必需在車子雜訊或街 通: 辦公室中，此聲音的干择及非丰1見^月况下操作。在 中，該二Λ,非手持式網際網路的應用 甲3糸、、先必需有效地去除辦公官 y 境雜訊仍可以在生活中碰到 他變動的環 低’或語音增強成為這些應用中制的雜訊減 在低信號雜訊比(SNR)的情況該^的=’通常必需 系統中雜訊減低也相當重要，:自動語音辨識 廣泛應用在各種環境巾。雜訊:音觸I统現今已 的性能，通常在上述說明的應用文進語音編碼演算法 法。 ^ 使用語音辨識演算 雜訊減低中最常使用的技 B〇11”使用頻譜縮減在語音中抑制爽湧瑨縮減（參考s .F· Acoust，語音，信號處理，力耸，雜訊，，IEEETrans· ’第 113J0 頁，1979 1279776 年8月出版)。頻譜縮減示 計rr音的短期頻譜振:=理二二 雜掩為人耳沒有察覺相位失真。實際上，從 ic雜訊語音頻譜⑽中形成以為基礎的 =N=頻譜縮減。此增益函數乘上輸入頻譜以抑： =NR的頻率分量。其缺點為使用傳統的頻譜縮減智 生的音樂殘餘雜訊包含人耳可聽的Ϊ Ϊί=ίΐ= 吾音處理演算法(此語音編碼)。此 日市曰5周/、要係因頻譜估計的變動所致。 ，必，頻譜平整化，以減少變動但是解析】也 ，/另一種方法是使用全縮減因素結合頻譜底層 JT)減少*樂音調(參考M.Ber。叫R. Schwartz‘ J· Makhoul的”減少聲音雜訊以增強語音”，pr〇c ICASSP ’華盛頓DC，1979年8月，第脈2ιι· 此方法的缺點為當音樂音調足量減少時也同時減少語 音。其他方法為軟決定雜訊抑制濾波（參考r. 了 Mc^ulay.以及M. L. Malpass的，，使用軟決定雜訊抑制滤 波态以進行語音增強”，IEEE Trans·聲音，語音，作^ 處理，ASSP-28，第137-145頁，1980年8月出版广 及非線性頻譜縮減（參考P· Lookwood以及j· B〇udy 的”Markov模型及投影法，係使用在車内的自動‘;5 語音通訊，第11卷，215-228頁，1992年6月版/ 【發明内容】 )〇 在本發明之一觀點中，本發明提供一種用於語音俨

Claims (1)

1279776 「 第 93ΐ4〇7〇1 2 號專利 _請案 L—一 " 補充、修正後無劃線之說明書一式三份τ〜〜〜〜〜 十、申請專利範圍： ，包括： 段(bin)之語音信 1· 一種語音信號之雜訊的抑制方 •實行頻率分析料生含有多個頻 號之頻譜域顯示； -集合該等頻段成為若干頻帶， 其特徵在於當有聲音(voiced)之語音活動以語音信 號方式^貞剩時，依據每頻段(pei·如queney_bin)，對 該等頻帶之第一組實行雜訊抑制，及依據每頻帶 (per-frequency-band)，對該等頻帶之第二組實行雜訊抑 制。 2·如申請專利範圍第丨項之方法，其中該第一組頻帶 疋依據發聲之頻帶之數目來決定。 、3·如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一組頻帶 之決定係與聲音截止頻率有關，語音信號低於該截止頻 率被考慮為有聲音的。 4.=請專利範圍第㈣之方法，其中該第一組頻帶 超出截止頻率之上部頻率之語音信號之所 組頻帶 36 1 .如申請專利範圍第1項之方法，其中該第- 2 是預定之固定數目。 1279776

_(更)正替換買 第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書一式三

號之…「，·「— 每頻帶為基礎。 、對所有頻帶之雜訊抑制之實行是以

方法疋用於抑制該語音框内之雜訊。 ^ 8.如申請專利範圍第7項之方法，包括實行申請專利 範圍第1項之頻率分析，此係使用相對第丨語音訊框樣本 偏移m樣本之分析視窗。 9·如申請專利範圍第7項之方法，包括使用相對第1 語音訊框樣本偏移m樣本之第丨分析視窗來實行第丨頻率 分析，及使用相對第1語音訊框樣本偏移p樣本之第2分 析視窗來實行第2頻率分析。 10·如申請專利範圍第9項之方法，其中m=24及 p=128 ° 11·如申請專利範圍第9項之方法，其中該第2分析視 窗包括一前置(look-ahead)部分，其之範圍是由該語音訊 框至該語音信號之隨後語音訊框。 37

1279776 s— If，號專利申請案 補充、修正後無刻線之說明書—式三份 P ^ %專利範圍第1項之方法，包括藉使用對頻 二帶之比例調整増益(scaling gain)來實行雜訊抑 制。 專利範圍第1項之方法，其中當雜訊抑制 行疋以每頻段為基礎時，該方法進_步包括決定用 於頻段之舰指定比㈣整增益。 14·如申請專利範圍第丨項之方法，其中當雜訊抑制 之實行是以每頻帶絲礎時，該方法進—步包括決定用 於頻帶之頻帶指定比例調整增益。 15·如申請專利範圍第6項之方法，包括藉使用對所 有頻帶之固定比例調整增益來實行雜訊抑制。 =·如申請專利範圍第13項之方法，包括基於為該頻 段所定之信號雜訊比（SNR)，決定頻段之頻段指定比例 調整增益值。 17·如申請專利範圍第14項之方法，包括基於為該頻 帶所疋之仏说雜訊比(SNR)，決定頻帶之頻帶指定比例 調整增益值。 38 4 1279776 ，93140706號專利申請案 〜 補充、修正後無劃線之說“書一式三份 18·如申請專利範圍第响之方法 利乾圍第16項之步驟於該第！及第2頻率^實订申請專 _ 19.如申請專利範圍第17項之方法，包 利範圍第17項之步驟於該第1及第2頻率分析。行申凊專 20. 如申請專利範圍第12，13或〗4 尹該比例難增益是平整纽例難料。—方法，其 21. 如申請專利範園第12，13或14項之 括使用一具有與特定頻段或特定頻帶之 法，包 成反比義之平整化參數值， ，整增益 特定頻帶之平整化比例職增益Μ制於特定頻段或 』22.如申請專利範圍第12，13或14項之任 是較 頻帶 強3=1寻2會整化對^較小之比例調整增益值-，包 應用於特定頻段或特定 23·如申請專利範圍第13或14項之任一 方法，其中決 Ϊη該大^調整增益值之次數是各語音訊框發生 其 =2 24·如申請專利範圍第23項之方法，其中n: 39 1279776 「傲 “一― I年月丨日修(身)正替取¥ 第93140706號專利申請案L ,，一 ―., …1 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 …' 25·如申請專利範圍第13或14項之任一方法，其中決 疋該比例調整增益之次數是各語音訊框發生〇次，其中JJ 大於1，且其中該有聲音之截止頻率至少部分是先前語 音訊框内之語音信號之函數。 26·如申請專利範圍第13之方法，其中以每頻段為基 礎之雜訊抑制是實行於對應17頻帶之最大74頻段。 27·如申請專利範圍第13之方法，其中以每頻段為基 礎之雜訊抑制是實行於對應3700Hz頻率之最大頻段數。 28·如申請專利範圍第16項之方法，其中對於第}個 SNR值，該比例調整增益是設定為最小值，對於大於該 第1個SNR值之第2個SNR值，該比例調整增益是設定為 單位元。 29.如申請專利範圍第28項之方法，其中該第㈠固 SNR值大約等於ldB，及其中該第2個§]^尺值大約 45dB 〇 ' 、30·如申請專利範圍第2〇項之方法，進一步包括不包 含活動語音之該語音信號之區段之偵測。 40 1279776

第93140706號專利申請案Γ 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 31·如申請專利範圍第3〇項之 、 設定該平整化比例調整增益為最法’進一步包括重新 含活動語音之語音信號區段。'、值’以回應偵測不包 j二π τ頊寻刑範圍第7項之方 之最大雜訊能量是小於一個閣 ’其中當多數頻帶 寻，雜訊抑制不實行。 33·如申請專利範圍第7項之方 、 反應短暫時滯語音訊框之發生，’進一步包括，為 使用以每頻帶為基礎所衫之比ϋ初之X頻帶’以 訊抑制，以及對於剩餘之頻帶，§増益來實行雜 單-值來實行雜訊抑制。 ㈣比例調整增益之 頻帶咖…— 立户姑如申"月專利範圍第20項之方法，其中對於窄頻語 曰該方法進一步包括，對於最初對應高達37〇〇Hz 之X頻帶，以使用以每頻帶為基礎所決定之平整化比例 調整增益來實行雜訊抑制，以使用對應3700Hz之頻段之 比例調整增益值於介於3700Hz與4000Hz之頻段來實行 雜訊抑制，以及將該語音信號之頻譜之剩餘頻帶歸零。 36·如辛請專利範圍第35項之方法，其中窄頻語音信 41 1279776 牴 3·μ 第93140706號專利申請案L_ 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 號 號是向上取樣至12800Hz之語音信 37.如申請專利範圍第3項之方法進一步包括使用 計算之聲音測量以決定有聲音之截止頻率。 “ 38.如中請專利麵第37項之杨，進—步包括決定 Ϊ:具ί:超過有聲音之截止頻率之上部頻率之臨界 β nl，限之設定使得段為基礎之雜訊抑制 疋實订於最少X頻帶及最多y頻帶。 39.如申請專利範圍第38項之方法，其中χ=3及㈣。 截止4頻0專„37項之方法，其中該有聲音之 3700Hz 〇 |义疋5又疋等於或大於325Hz及等於或小於 以Λ一種抑制語音信號之雜訊之裝置，該裝置係用 號之頻 包括多個頻段㈣之語音信 -集合該等頻段成為 其特徵在於該梦番 當該有聲音之語音活^、心制有聲音之語音活動及 於該等頻帶之第一^以語音信號方式被偵測到時，對 一、、且，實行依每頻段為基礎之雜訊抑 42 1279776 第93140706號專利申請案 % 14 匕修(更)正替換頁 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 一—一〜 制’及對於該荨頻帶之第二組，實并 > 雜訊抑制。 母頻帶為基礎之 42·如申請專利範圍第41項之穿 帶是依據發聲之頻帶之數目來決定x。，/、中該第一組頻 43.如申請專利範圍第41項之裴 以決定與聲音截止頻率有關之該第—組=該裝置是用 信號低於該截止頻率被考慮為有聲音的。，其中語音 44.如申請專利範圍第43項之裝置，1 所有頻率帶 帶包括具有不超出截止頻率之上部頻率、第一組頻 4 平之語音信號之 組頻 45·如申請專利範圍第41項之襞 帶是預定之固定數目. ”中該第一 46·如申請專利範圍第41項之裝置，复 語音信號之頻帶不存在，該裝置對所ς若有聲音之 之實行是以每頻帶為基礎。 帶之雜訊抑制 47·如申請專利範圍第41項之裝置，复 包括含有若干樣本之語音訊框及該裝署、該語音信銳 框内之雜訊。 & 用於抑制語音 43

1279776 第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書 48·如申請專利範圍第47項之裝置，其中該裝置用於 實行該頻率分析且使用相對第1語音訊框樣本偏移瓜樣 本之分析視窗。 49·如申請專利範圍第47項之裝置，其中該裝置使用 相對第1語音訊框樣本偏移m樣本之第丨分析視窗來實行 第1頻率分析，及使用相對第1語音訊框樣本偏移p樣本 之第2分析視窗來實行第2頻率分析。 50·如申請專利範圍第49項之裝置，其*m=24 p=128 〇 、*51·如申請專利範圍第49項之裝置，其中該第2分析 視窗包括一前置(l00k_ahead)部分，其範圍是由該語音訊 才匡至該語音信號之隨後語音訊框。 田祉52·如申請專利範圍第41項之裝置，其中該裝置藉使 =對頻段及/或頻帶之比例調整增益㈣inggain)來實行 雜訊抑制。 幻.如中請專利範圍第41項之裝置，其中當雜訊抑制 頻段為基礎時，該裝置進-步用於決定頻 又之頻段指疋比例調整增益。 44 1279776

第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書二式兰份 54.如申請專利範圍第41項之裴置，其中當雜訊抑制 之實行是以每頻帶為基礎時，該裝置進一步 決定頻 帶之頻帶指定比例調整增益。 、 55·如申請專利範圍第46項之裝置，其中該裝置藉使 用對所有頻帶之固定比例調整增益來實行雜訊抑制。 56·如申請專利範圍第53項之裝置，其中該裝置基於 為該頻1又所疋之信號雜訊比(SNR)，決定頻段之頻段指 定比例調整增益值。 、57·如申請專利範圍第54項之裝置，其中該裝置基於 為該頻帶所疋之仏號雜訊比(SNR)，決定頻帶之頻帶指 定比例調整增益值。 58·如中請專利範圍第56項之裝置，其中該裝置用以 實仃申請專利範圍第56項之步驟於該以及第2頻率分 析0 音-5由請專利範圍第57項之裝置，其中該裝置用以 實仃申明專利範圍第57項之步驟於該&及第2頻率分 析0 45 1279776 甑 第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 60.如申請專利範圍第52’ 中該比例調整增益是平整化比例^整=任—裝置，其 中該 整增益成反比關係之平整化^ = 例調 頻段或特定㈣之平整化_難增^减用於特定 62·如申請專利範圍第52,幻或“ 1=1 吏平用整:參得數平值整化對於較小之比例調整増: 定頻帶之平二計算應用於特定頻段或特 63.如申請專利_第53或54項之任—裝置， 定該比例調整增益值之次數是各語音訊框發生η次，复 中η大於1。 八 64·如申請專利範圍第63項之方法，其中η=2。 65·如申請專利範圍第53或54項之任一裝置，其中該 裝置用以決定該比例調整增益值之次數是各語音訊框 發生η次，其中η大於丨，且其中該有聲音之截止頻率至 少部分是先前語音訊框内之語音信號之函數。 46 1279776 . 第93H0706號專利申請案 日修(更)正替換1 補充、修正後無劃線之說明着二:式·互香一 66·如申請專利範圍第53之裝置，其中該裝置以每頻 段為基礎之雜訊抑制是實行於對應17頻帶之最大74頻 段0 67·如申請專利範圍第53之裝置，其中該裝置以每頻 段為基礎之雜訊抑制是實行於對應37〇〇Hz頻率之最大 頻段數。 68·如申請專利範圍第56項之裝置，其中對於第1個 SNR值，該比例調整增益是設定為最小值，對於大於該 第1個SNR值之第2個SNR值，該比例調整增益是設定為 單位元。 69·如申請專利範圍第68項之裝置，其中該第1個 SNR值大約等於ldB，及其中該第2個SNR值大約等於 45dB。 70·如申請專利範圍第60項之裝置，其中該裝置用以 偵測不包含活動語音之該語音信號之區段。 71·如申請專利範圍第70項之裝置，其中該裝置用以 重新設定該平整化比例調整增益為最小值，以回應偵測 不包含活動語音之語音信號區段。 47

第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 符72.如中請專利範圍第47項之|置，其中當多數頻帶 之最大雜訊能量是小於—個閾值時，雜訊抑制不實行。 73.如申請專利範圍第47項之裝置，其中為反應短暫 時滯語音訊框之發生，對於最初之χ頻帶，該裝 置以使 用基於每頻帶所決定之比例調整增益來實行雜訊抑 制，以及對於剩餘之頻帶，該裝置以使用比例調整增益 之單一值來實行雜訊抑制。 74·如申請專利範圍第73項之裝置，其中該最初之又 頻帶對應之頻率高達1700Hz。 75·如申請專利範圍第60項之裝置，其中對於窄頻語 音信號’該裝置，對於最初對應高達37〇〇Hz之χ頻帶， 以使用以每頻帶為基礎所決定之平整化比例調整增益 來實行雜訊抑制，以使用對應3700Hz之頻段之比例調整 增益值於介於3700Hz與4000Hz之頻段來實行雜訊抑 制，以及將該語音信號之頻譜之剩餘頻帶歸零。 76·如申請專利範圍第75項之裝置，其中窄頻語音信 號是向上取樣至12800Hz之語音信號。 77·如申請專利範圍第43項之裝置，其中該裝置以使 用計算之聲音測量來決定有聲音之截止頻率。 48 1279776 wt：IT 第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之^明^:瓦互吞 年月丨七:¾).(射频I 78·如申請專利範圍第77項之裝置，其中該裝置用以 決定若干具有不超過有聲音之截止頻率之上部頻率之 臨界頻帶，其中界限之設定使得基於頻段之雜訊抑制是 實行於最少X頻帶及最多y頻帶。 79.如申請專利範圍第78項之裝置，其中χ=3及尸17。 、80·如申請專利範圍第77項之裝置，其中該有聲音之 截止頻率之界限是設於或大^325Ηζ 小於 3700Hz 〇 用以 81·-種包括雜訊抑制裝置之語音編碼器，該裝置係 號之頻譜ΪΓ示㈣以產生含有多軸段(bin)之語音信 -集合該等頻段成為若干頻帶， 當該;^ :二貞測有聲音之語音活動及 ΐ 動料信號方式被彳貞咖抹，對 等第頻了之第實行依每頻段 ::Γ頻帶之第二組’實行依每頻帶為基礎之 82· —種包括雜訊抑制裝署+ Α 1利哀置之自動化語音辨識系 49 咚 3· 14 1279776 第93140706號專利申請案 補充、修正後無劃線之說明書一式三份 統，該裝置用以： -實行頻率分析以產生包括多個 號之頻譜域顯示； 以又（bm)之浯s仏 -集合該等頻段成為若干頻帶， 其，徵在於該裝置用以债測有聲音之語 §該有聲音之語音活動以纽音 ^^曰/ 帶之第一組，實躲v頻:為破:=二 _ :訊::於該等頻帶之第二組，實行依每頻帶= 該裝置用 以 :83. 一種包括雜訊抑制裝置之行動電話， 頻段(bin)之語音信 -實行頻率分析以產 號之頻譜域顯示； 栝夕個 -集合該等頻段成為若干頻 書 #其f徵在於該裝置用以偵測右馨立A 虽該有聲音之語音活動以語音作、^之語音活動及 於該等頻帶之第一組，實 方式被偵測到時，對 制，及對於該等頻帶之第二=每頻段為基礎之雜訊抑 雜訊抑制。 一，實行依每頻帶為基礎之 50