TWI396189B - 濾除聲音雜訊的方法 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種雜訊濾除方法,且特別是有關於一種濾除麥克風聲音雜訊的方法。
隨著電子科技的日新月異,各種電子產品不斷推陳出新,其中手機、個人數位助理及筆記型電腦等可攜式電子裝置憑藉其輕薄短小及方便攜帶的優勢,而逐漸成為現代人生活中不可或缺的工具之一。在這些可攜式電子裝置中,手機具有即時通訊,不受時間、地點限制的特性,因此也逐漸取代傳統電話,成為人與人之間最便利、最快速的通訊工具。另一方面,個人數位助理或筆記型電腦亦可藉由安裝即時通訊軟體,而透過網路的傳輸提供即時通訊的功能,提供人們進行通訊的另一條途徑。
目前可攜式電子裝置在執行即時通訊功能時,其收音器的效能及穩定性均已獲得提升,不論是在惡劣的環境下抑或是在高速移動中,都能保持清晰流暢的通話品質。然而,就是因為收音器的聲音解析度提高,連帶地也會使其收音品質極易受到環境中噪音的影響,當發話者撥打電話時,其說話的聲音和周圍環境的噪音都會傳到收音器中,並透過可攜式電子裝置的通訊連結傳到接聽者的耳朵裏。若是在一般室內的環境中,環境噪音較小,對通話品質的影響還不會很大,但如果旁邊是喧囂的人群或者是有汽機車駛過,接聽者就很難聽得清楚發話者的聲音,特別是當可攜式電子裝置處於免持聽筒的擴音模式下的時候。
為了解決上述問題,現行的一種解決方案是在可攜式
電子裝置中設定一個聲音振幅的門檻值,當其所接收之聲音訊號中單一頻率的振幅大於此門檻值時,此頻率的聲音訊號才會被傳輸,若噪音很小且其振幅沒有超過門檻值時,噪音就會先被濾除以提高通話品質,但若噪音相當大且超過門檻值時,這些噪音仍然會被傳輸,結果還是無法根本解決噪音干擾的問題。
有鑑於此,本發明提供一種濾除聲音雜訊的方法,藉由選擇收音較佳之主收音器,並利用周圍其他收音器所接收到的聲音訊號濾除主收音器的聲音雜訊,使收音效果達到最佳化。
為達上述或其他目的,本發明提出一種濾除聲音雜訊的方法,適用於電子裝置,此方法包括下列步驟:a.利用收音器陣列接收一音源所發出聲音訊號,此收音器陣列包括複數個收音器;b.分析聲音訊號,選擇收音器陣列中至少一個收音較佳之第一收音器,以及至少一個收音較差之第二收音器。其中,收音較差之第二收音器可包括收音器陣列中除第一收音器以外之收音器;c.利用第二收音器所接收之第二聲音訊號濾除第一收音器所接收之第一聲音訊號中的雜訊,獲得濾除雜訊之聲音訊號。
在本發明之一實施例中,上述之步驟b更包括分析聲音訊號,於第一收音器中選擇收音最佳之第一收音器,以及於第二收音器中選擇收音最差之第二收音器。步驟c則更包括利用收音最差之第二收音器所接收之第二聲音訊號
濾除收音最佳之第一收音器所接收之第一聲音訊號中的雜訊,獲得濾除雜訊之聲音訊號。
在本發明之一實施例中,上述之步驟c包括將第一聲音訊號及第二聲音訊號個別乘上第一係數及第二係數後相加,而以相加結果做為濾除雜訊之聲音訊號。
在本發明之一實施例中,在上述之步驟c之前,更包括判斷第一係數及第二係數是否已於先前被記錄,若有,則載入先前記錄之第一係數及第二係數,若無,則初始化第一係數及第二係數。
在本發明之一實施例中,上述步驟c之後,更包括步驟d.:判斷聲音訊號之音質是否達到一預設標準。其中,若聲音訊號之音質未達預設標準,則調整第一係數及第二係數的大小,重新計算聲音訊號,並記錄第一係數及第二係數的大小;反之,若聲音訊號之音質達到預設標準,則記錄第一係數及第二係數的大小。
在本發明之一實施例中,上述調整第一係數及第二係數的大小,重新計算聲音訊號的步驟之後,更包括重覆執行步驟c、d,直到聲音訊號之音質達到該預設標準為止,或是重覆執行步驟a~d,重新選擇收音器陣列中收音較佳之第一收音器及收音較差之第二收音器,並計算聲音訊號,直到聲音訊號之音質達到預設標準為止。
在本發明之一實施例中,上述步驟c之前,更包括先初始化第一係數及第二係數,或是先載入先前記錄之第一係數及第二係數。
在本發明之一實施例中,上述之音源包括由使用者發出之聲音,而上述之收音器則包括指向性麥克風(unidirectional microphone)。
在本發明之一實施例中,上述分析聲音訊號的方法包括高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)、最小化分類錯誤(Minimum Classification Error,MCE)、向量量化編碼(Vector Quantization,VQ)及混合高斯混合模型/支援向量機(Hybrid Gaussian mixture model/Support vector machine,Hybrid GMM/SVM)其中之一。
在本發明之一實施例中,上述之電子裝置包括手機、個人數位助理及筆記型電腦其中之一。
本發明因採用以收音器陣列接收聲音訊號的結構,在偵測聲音訊號之初,先選擇收音較佳之收音器做為主收音裝置,並利用收音較差之一個或多個收音器所偵測到的聲音訊號來濾除主收音裝置所接收之聲音訊號中的雜訊,而能夠有效濾除聲音雜訊,提高收音品質。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
傳統使用單一組收音器接收聲音訊號的方式極易因為接收到周遭環境的雜訊而影響其收音品質,且由於收音器的收音範圍具有一定的方向性,一旦使用者的發話方向偏
離此收音範圍時,更將使得收音品質大幅降低,甚至無法收聽。據此,本發明即藉由在電子裝置中增設多組收音器以擴大收音範圍,並同時參考各組收音器所接收的聲音訊號來濾除或抑制聲音雜訊,而達到提升收音品質的目的。為了使本發明之內容更為明瞭,以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。
圖1是依照本發明之一實施例所繪示之濾除聲音雜訊方法的示意圖。請參照圖1,本實施例係藉由在電子裝置100中配置多組收音器(包括收音器A、B、C、D),而形成一組收音器陣列來接收聲音訊號,藉以增加電子裝置100的收音範圍。其中,電子裝置例如是手機、個人數位助理或是筆記型電腦等可攜式電子裝置,而不限制其範圍。
各個收音器在接收到發話者120所發出之聲音訊號後,即會將聲音訊號傳送至電子裝置100的處理器110中,以執行聲音雜訊的濾除動作,以下即就此濾除聲音雜訊的步驟舉一實施例詳細說明。
圖2是依照本發明之一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。請同時參照圖1及圖2,本實施例適用於如上述實施例中的電子裝置100,藉由電子裝置100的處理器110整合多個收音器(包括收音器A、B、C、D)所接收到的聲音訊號,而濾除聲音訊號中的雜訊,其步驟如下:首先,在步驟S210中,利用收音器陣列偵測由音源所發出聲音訊號。此音源例如是由使用者發出的聲音,或
是其他發音裝置發出的聲音,而不限制其範圍。
接著,在步驟S220中,則進一步分析所偵測到的聲音訊號,以從收音器陣列中選出至少一個收音較佳的第一收音器,以及至少一個收音較差的第二收音器。其中,上述分析聲音訊號的方法包括高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)、最小化分類錯誤(Minimum Classification Error,MCE)、向量量化編碼(Vector Quantization,VQ)或混合高斯混合模型/支援向量機(Hybrid Gaussian mixture model/Support vector machine,Hybrid GMM/SVM)等,而利用這些方法即可在收音器陣列中選出接收聲音訊號品質較佳或是增益較大的收音器,以做為接收主要聲音訊號的收音器,同時也能選出接收聲音訊號品質較差或是增益較小的收音器,而用以濾除主要聲音訊號中的雜訊。
舉例來說,在圖1之電子裝置100的收音器陣列中,距離發話者120較近的收音器為收音器B及D,因此在周圍環境雜訊正常分佈的情況下,收音器B及D的收音品質會較收音器A及C的收音品質為佳,因此可做為接收主要聲音訊號的收音器,其中又以最接近且正對著發話者120的收音器B的收音品質為最佳。相對地,收音器A及C為收音較差的收音器,其所接收之聲音訊號即可用來濾除主要聲音訊號中的雜訊,其中又以背對著發話者120且距離發話者120最遠的收音器C的收音品質最差。
值得一提的是,雖然上述內容中係選擇至少一個收音最佳及最差的收音器以進行聲音雜訊的濾除,但在實際的應用中可視裝置的運算能力及電力模式來決定參與運算的收音器數量。舉例來說,電子裝置可選擇收音較佳的多個收音器做為接收主要聲音訊號的收音器,同時也選擇收音較差的多個收音器(可能為收音器陣列中除了收音較佳的收音器之外其餘的收音器)來濾除主要聲音訊號中的雜訊。另一方面,對於電量有限的手持裝置來說,也可僅自收音較佳的收音器中選擇一個收音最佳的收音器做為接收主要聲音訊號的收音器,而自收音較差的收音器中選擇一個收音最差的收音器來濾除主要聲音訊號中的雜訊,以達到精簡運算程序及電力消耗的目的,以上兩種方法均可達到本發明濾除聲音雜訊的功效。
而在分析選擇主、次要收音器之後,在步驟S230中,即可利用第二收音器所接收之第二聲音訊號來濾除第一收音器所接收之第一聲音訊號中的雜訊,而獲得濾除雜訊之聲音訊號。在使用者通話的過程中,為了應付隨時可能發生的通話環境改變,例如使用者更換通話姿勢或移動至另一通話場所中,上述步驟將被重覆地執行,以求通話品質達到最佳化。
值得一提的是,本發明亦包括在濾除雜訊之後,進一步判斷聲音訊號是否達到預設標準,而據以動態調整上述第一係數及第二係數的大小,以使本發明濾除雜訊的效果達到最佳,以下則另舉一實施例詳細說明。
圖3是依照本發明另一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。請參照圖3,本實施例適用於如上述實施例中的電子裝置100,藉由電子裝置100的處理器110整合多個收音器所接收到的聲音訊號,而能夠有效濾除聲音訊號中的雜訊,其步驟如下:首先,在步驟S310中,利用收音器陣列偵測由一個音源所發出聲音訊號,而在步驟S320中,則進一步分析所偵測到的聲音訊號,以從收音器陣列中選出至少一個收音較佳之第一收音器,以及至少一個收音較差之第二收音器。以上步驟均與前述實施例之步驟S210及S220相同或相似,故其詳細內容在此不再贅述。
而值得注意的是,本實施例在步驟S330中,更包括判斷是否需要初始化係數a
、b
,此係數即對應於前述實施例中的第一係數及第二係數,而用以計算濾除雜訊後的聲音訊號。其中,在電子裝置剛開始偵測聲音訊號時,即需要先給定一組係數a
、b
,以供電子裝置進行後續聲音訊號的計算,因此在步驟S330中,若判斷需要初始化係數a
、b
,則進入步驟S340,進行係數a
、b
的初始化動作;反之,若判斷不需要初始化係數a
、b
,則代表先前已提供並記錄最佳化的係數a
、b
,此時即可進入步驟S350,下載先前記錄的係數a
、b
。
在初始化或下載係數a
、b
之後即可利用此下載係數a
、b
計算聲音訊號,而在步驟S360中,即將第一聲音訊號P mic
及第二聲音訊號S mic
個別乘上係數a
及係數b
後相
加,而以相加結果做為濾除雜訊之聲音訊號MIC in
,其關係式如下:MIC in
=a
×P mic
+b
×S mic
。 (1)
在濾除雜訊之後,在步驟S370中,則進一步判斷聲音訊號是否達到預設標準。其中,若判斷聲音訊號已達預設標準,則代表目前給定的係數a
、b
用以濾除雜訊的效果已達一定標準,因此在步驟S390中,即可將這組係數a
、b
記錄在電子裝置的儲存媒體中,等待做為後續偵測到新的聲音訊號時載入使用,而利用這組係數a
、b
所計算的聲音訊號則將輸出至電子裝置;而若判斷聲音訊號未達預設標準,則代表先前給定的係數a
、b
並非最佳,此時則進入步驟S380,由電子裝置先將聲音訊號輸出後,動態調整係數a
、b
的大小後並儲存之,以待接收到下一筆聲音訊號後,能再接著執行步驟S310、S320、S330、S350、S360及S370,其中同樣於步驟S370中再度判斷聲音訊號是否到達預設標準,若仍未到達預設標準則再進入步驟S380中輸出聲音訊號並再對係數a
、b
進行動態調整;而若本次的聲音訊號已到達預設標準,則可進入S390直接將係數a
、b
儲存起來,以於後續步驟之中還能直接取用調整過後的係數a
、b
。
然而,如同先前實施例所述,為了應付通話環境改變,在步驟S380或步驟S390中,當利用係數a
、b
計算並輸出聲音訊號之後,將會返回步驟S310,重新選擇收音器陣
列中收音最佳的第一收音器及收音最差的第二收音器,並計算聲音訊號,直到該聲音訊號之音質達到預設標準為止。
另一方面,圖4是依照本發明又一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。請參照圖4,本實施例的步驟S410~S470均與前述實施例的步驟S310~S370的內容相同或相似,故其詳細內容在此不再贅述。然而,本實施例在步驟S480中調整完係數a
、b
的大小之後,則是返回步驟S460,重新計算直到聲音訊號之音質達到預設標準後,才進入步驟S490儲存係數a
、b
並將聲音訊號輸出。若與前述實施例比較,本實施例會將係數a
、b
重覆調整至能夠使聲音訊的品質到達預設標準後才輸出的方式,可使聲音訊號之音質不需經過一段調整過渡期,而能較快地被調整到使用者所要求之預設標準。
綜上所述,在本發明之濾除聲音雜訊的方法中,藉由選擇至少一個接收聲音訊號品質較佳的收音器做為接收主要聲音訊號的收音器,並選擇至少一個接收聲音訊號品質較差的收音器用以濾除主要聲音訊號中的雜訊,因此可有效濾除聲音雜訊。若將本發明之方法應用於電子裝置的通話功能上,則可大幅提升通話品質,增加通話的舒適性。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧電子裝置
110‧‧‧處理器
120‧‧‧發話者
S210~S230‧‧‧本發明一實施例之濾除聲音雜訊的方法之各步驟
S310~S390‧‧‧本發明另一實施例之濾除聲音雜訊的方法之各步驟
S410~S490‧‧‧本發明又一實施例之濾除聲音雜訊的方法之各步驟
圖1是依照本發明之一實施例所繪示之濾除聲音雜訊方法的示意圖。
圖2是依照本發明之一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。
圖3是依照本發明另一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。
圖4是依照本發明又一實施例所繪示之濾除聲音雜訊的方法流程圖。
S210~S230‧‧‧本發明一實施例之濾除聲音雜訊的方法之各步驟
Claims (13)
- 一種濾除聲音雜訊的方法,適用於一電子裝置,該方法包括下列步驟:a.利用一收音器陣列接收一音源所發出一聲音訊號,其中該收音器陣列包括複數個收音器;b.分析各該收音器偵測到的聲音訊號,選擇該收音器陣列中收音較佳之至少一第一收音器,以及收音較差之至少一第二收音器;以及c.利用該至少一第二收音器所接收之至少一第二聲音訊號濾除該至少一第一收音器所接收之至少一第一聲音訊號中的雜訊,獲得濾除雜訊之該聲音訊號。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中於該步驟b.之中該至少一第一收音器為該收音器陣列中收音最佳之收音器。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中於該步驟b.之中該至少一第二收音器為該收音器陣列中收音最差之收音器。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該至少一第二收音器包括該收音器陣列中除該至少一第一收音器以外之收音器。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該步驟c.包括: 將該至少一第一聲音訊號及該至少一第二聲音訊號個別乘上一第一係數及一第二係數後相加,而以相加結果做為濾除雜訊之該聲音訊號。
- 如申請專利範圍第5項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中在該步驟c之前,更包括:判斷該第一係數及該第二係數是否已於先前被記錄,若有,則載入先前記錄之該第一係數及該第二係數,若無,則初始化該第一係數及該第二係數。
- 如申請專利範圍第5項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該步驟c之後,更包括:d.判斷該聲音訊號之音質是否達到一預設標準;d1.若未達該預設標準,則調整該第一係數及該第二係數的大小,並記錄該第一係數及該第二係數的大小;以及d2.若達該預設標準,則記錄該第一係數及該第二係數的大小。
- 如申請專利範圍第7項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中在該步驟d1之後,更包括:重覆執行該步驟c、d,直到該聲音訊號之音質達到該預設標準為止。
- 如申請專利範圍第7項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中在該步驟d1之後,更包括:重覆執行該步驟a~d,直到該聲音訊號之音質達到該預設標準為止。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該音源包括由一使用者發出之聲音。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該收音器包括指向性麥克風(unidirectional microphone)。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中分析各該收音器偵測到的聲音訊號的方法包括高斯混合模型(Gaussian mixture model,GMM)、最小化分類錯誤(Minimum Classification Error,MCE)、向量量化編碼(Vector Quantization,VQ)及混合高斯混合模型/支援向量機(Hybrid Gaussian mixture model/Support vector machine,Hybrid GMM/SVM)其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之濾除聲音雜訊的方法,其中該電子裝置包括手機、個人數位助理及筆記型電腦其中之一。
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TW (1) | TWI396189B (zh) |
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