结合多种噪声抑制技术的方法和噪声抑制电路的制作方法

专利名称：结合多种噪声抑制技术的方法和噪声抑制电路的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及噪声抑制电路和相应的方法，并且尤其涉及一 种结合多个噪声抑制技术和多个用于去除所检测的噪声的相应的技术 的方法和噪声抑制电路，其中，所述噪声抑制技术包括用于检测多种 噪声的检测器。
背景技术：
外界或背景噪声的存在可能使通话的一方或双方参与者都感受到 对音频质量有显著影响，特别是在一方或双方参与者处于噪声环境中 时。就音频质量而言，声音清楚和清晰度通常是更突出的问题。然而， 当在噪声环境中讲话时，除用户声音之外滤除有时可能被麦克风拾取 的外界噪声常常存在很多挑战。这在外界噪声可能由背景中很多人讲 话组成的情况下尤为如此，这种外界噪声常常被称为串音噪声(babble noise)。这是因为背景声音具有与由用户产生的所想要的语音信号类 似的特征，因此可能难于被区分并检测。
虽然人们过去有时会寻找安静的环境通电话，以试图通过躲避背
景噪声来缓和任何背景噪声所带来的问题，然而诸如电话亭之类的安
静环境并不总是可以方便地获得的，并且对安静环境的需要有时可能 会对与只是偶尔存在噪声的环境中使用的移动电话和/或被耦合到陆线
的电话相关联的移动性和便利性产生不利的影响。近年来，减少背景噪声并且改进语音噪声比的尝试很大程度上关 注于下述这种外界噪声，所述外界噪声相当稳定和/或是与已知源相关 联的噪声，例如，来自汽车的发动机噪声。 一些这些方法试图关注于 检测人的声音不存在的时段，并且试图减轻在这段时间内的噪声。然 而，解决诸如串音噪声之类的不稳定型噪声的尝试被证明是更加难以 解决的。近来许多尝试试图应用基于更瞬时的声学分析的技术，所述 技术应用相对静态的模型，其通常对于不那么稳定型的噪声来说不是 很有效。此外，与解决其中不存在所想要语音的例子相关联的技术在 去除与所想要的语音重叠的噪声方面不是非常有效。
因此，本发明人认识到希望能够把诸如串音噪声和/或稳定噪声的 不同类型的噪声与所想要的语音相区分，并且能够在检测到噪声存在 时，实现有选择地应用的和特别适合于解决每种类型噪声的技术，同
时避免和/或减轻任何不合意的可听的人工音(audible artifacts)的影响。

发明内容
本发明提供了用于音频信号处理电路中的噪声抑制电路。噪声抑 制电路包括多个不同类型的噪声活动检测器(noise activity detector)， 所述噪声活动检测器中的每个适合于检测在接收的信号中不同类型噪 声的存在。噪声抑制电路进一步包括多个不同类型的噪声减少电路， 其中的每个适合于去除所检测的不同类型的噪声，其中每个噪声减少 电路分别对应于多个噪声活动检测器之一。然后当多个噪声活动检测 器中的每一个检测到在所接收的信号中存在相应类型的噪声时，各自 的噪声减少电路被有选择地激活以便调节所接收的信号来减少所检测 的噪声类型的量。
在至少一个实施例中，多个不同类型的噪声活动检测器包括串音 噪声活动检测器和稳定噪声活动检测器。
本发明进一步提供了一种双向通信装置，包括收发器，其用于与远程无线电源(radio resource)通信；扬声器，其用于再现从远程无线 电源所接收的音频信号；麦克风，其用于检测要被发送到所述远程无 线电源的音频信号；以及音频信号处理电路，所述音频信号处理电路 包括噪声抑制电路，用于在由所述麦克风所检测的音频信号被收发器 发送到远程无线电源之前调节所述音频信号。噪声抑制电路包括多个 不同类型的噪声活动检测器，所述噪声活动检测器中的每个适合于检 测在所接收的信号中不同类型噪声的存在。噪声抑制电路进一步包括 多个不同类型的噪声减少电路，其中的每个适合于去除所检测的不同 类型的噪声，其中，每个噪声减少电路分别对应于多个噪声活动检测 器之一。然后当多个噪声活动检测器中的每一个检测到在所接收的信 号中存在相应类型的噪声时，各自的噪声减少电路被有选择地激活以 便调节所接收的信号来减少所检测的噪声类型的量。
本发明进一步提供了一种用于抑制音频信号中的噪声的方法。所 述方法包括利用多个不同类型的噪声活动检测器来检测在音频信号中 多个不同类型的噪声的存在，每种不同类型的噪声活动检测器适合于 检测不同类型的噪声。然后，通过有选择地激活各自的噪声减少电路， 当各自的检测器检测到存在相应类型的噪声时，使用多个不同类型的 噪声减少电路之一来抑制在音频信号中所检测类型的噪声，其中，所 述噪声减少电路中的每个适合于去除所检测的不同类型的噪声，每个 噪声减少电路分别对应于多个噪声活动检测器之一。
参考附图根据本发明的一个或多个优选实施例的以下描述，本发 明的这些及其它特征和优点是明显的。


图1是示例性的音频信号处理电路的框图2是与至少一个示例性的现有技术相关联的噪声去除电路的框
图3是依照本发明至少一个实施例的噪声抑制电路的框8图4是图示了示例性的高斯混合模型声音活动检测器的更详细的 框图，其是在图3中所图示的噪声抑制电路的部分所示的类型。
图5是其中可以实现在图3中所图示的噪声抑制电路的示例性双 向通信装置的框图；以及
图6是依照本发明至少一个实施例的用于抑制音频信号中的噪声
的方法。
具体实施例方式
虽然本发明容许有各种形式的实施例，然而在理解本公开内容将
被认为是例证本发明并且不意在把本发明限制为所图示的具体实施例 附图的情况下，示出了并且在下面描述了目前优选的实施例。
图1图示了示例性的音频信号处理电路100的框图；音频信号处
理电路100包括第一路径和第二路径，其中，所述第一路径用于接收 输入音频数据流102并且在扬声器104再现相应的音频信号，所述第 二路径用于在麦克风106接收音频信号并且把在麦克风106所接收的 音频信号转换为输出音频数据流108。
第一路径包括语音解码器电路110，用于接收输入音频数据流102 并且重新组合所接收的数据分组并且把它们转换为数字语音数据，所 述输入音频数据流102可以被编码为适于经由无线射频通信接口发送 的数据分组。然后由语音增强电路112接收数字语音数据，其中，作 为在数据发送期间的错误和/或任何错失数据分组的结果，所述语音增 强电路112在音频数据中执行任何必要的错误校正或数据增强。增强 或校正的数据流然后经由数模转换器114被从数字信号转换为模拟信 号，并且被传送到扬声器104以便再现将被用户收听的音频信号。
第二路径包括麦克风106，用于检测音频信号，所述音频信号包 括用户产生的任何语音信号以及任何背景噪声。所检测的音频信号然 后被模数转换器116从由麦克风106所生成的模拟音频信号转换为数字编码的音频信号。然后数字编码的音频信号被噪声去除电路118接收，所述噪声去除电路U8试图检测噪声的存在并且试图去除该噪声。
作为检测噪声存在并且去除噪声的尝试的部分，在至少一些实例
中，被耦合到第一路径的语音增强电路112的输出的回波消除电路120向噪声去除电路118提供用于表明正被传送到扬声器104的音频信号将被作为音频信号生成的表示(representation)。这依次(in turn)使噪声去除电路118能够识别在扬声器104所生成的任何音频信号，其中，所述音频信号可能随后被麦克风106检测，以及然后被并入所述麦克风106所检测的音频信号中。然后，可以使用从回波消除电路120所接收的表示，从而从麦克风106所检测的音频信号中将其去除。
然后，由噪声去除电路118所生成的已经去除了噪声而产生的音频信号被耦合到语音编码器电路122，所述语音编码器电路122获取从噪声去除电路所接收的音频信号并且把所述音频信号编码为用于形成输出音频信号的数据分组，所述输出音频信号适合于经由无线射频通信接口发送。
图2图示了与至少一个示例性的现有技术相关联的噪声去除电路200的框图。噪声去除电路200包括频谱分析电路202，其用于分析由麦克风106所检测的数字转换的模拟信号的各个频谱特性。然后，频谱特性将被传送到声音活动检测器204，所述声音活动检测器204可能会试图检测用户语音的存在或不存在。在至少一些实例中，频谱分析电路202可以包括快速傅里叶变换功能和分析电路，以及巴克尺度(Bark scale)频谱估计电路和倒谱系数转换电路。
通常，与现有技术相关联的声音活动检测器204可能会检测到与一个或多个频率相关联的任何相对稳定类型噪声的存在，诸如与汽车发动机相关联的噪声。然后，噪声衰减电路206在其中声音活动检测器204没有检测到任何声音活动(即，所述信号主要由稳定噪声组成)期间，应用与所检测稳定噪声的检测幅度成比例的衰减级别。所产生的去除了噪声的语音208然后将被传送到语音编码器电路以便形成输出音频信号。然而，当存在诸如不稳定噪声之类的其它类型噪声时，时常声音活动检测器不能把不稳定噪声与用户声音活动相区分，并且不会进行任何噪声衰减。
图3图示了依照本发明至少一个实施例的噪声抑制电路300的框图。与在图2中所图示的噪声抑制电路200类似，噪声抑制电路300包括频谱分析电路302,其用于确定由麦克风106所检测的数字转换的模拟信号的各个频谱特性。然后把频谱特性传送到多个声音活动检测器304，通常地，所述多个声音活动检测器304的每个用于检测不同类型的噪声。除了分别和/或一起用于检测各种类型的一般的稳定类型的噪声的频域声音活动检测器306和时域声音活动检测器308之外，多个声音活动检测器304另外包括高斯混合模型(GMM)声音活动检测器310。
高斯混合模型声音活动检测器310表示基于统计模型的声音活动检测器，其由使用预先收集的串音噪声的大量采样进行预先训练。基
于统计模型的声音活动检测器通常利用高斯混合模型来构造，其中所述模型参数经由最大似然训练过程来估计，以便表现串音噪声数据的特性。然后当所检测音频信号对照高斯混合模型至少匹配一小段时，计算对数似然性分数。然后所述分数被平滑，并用于判定在相应分析段期间是否存在串音噪声。
多个声音活动检测器304的结果然后被噪声类型检测电路312(即逻辑判定电路)用来确定任何噪声的存在和类型。多个声音活动检测器304的结果进一步由信号噪声增益估计电路314用来估计任何检测的噪声的量。然后，噪声的存在、类型和量的确定被噪声去除电路使用，以从麦克风106所检测的数字转换的模拟信号中去除噪声，在所图示的实施例中，所述噪声去除电路采用噪声衰减电路316和噪声相减电路318的形式。噪声衰减电路316主要涉及去除任何检测的稳定类型噪声，并且噪声相减电路318主要涉及去除任何检测的串音型噪尸。
更具体地说，噪声衰减电路316使其中信噪比很低的那些频带衰减。噪声相减电路318从正被处理的信号中减去噪声分量。因为噪声衰减电路316只对噪声中正处理的信号部分工作得更顺利，并且噪声相减电路318能够去除与语音重叠的噪声，这两种方法的组合在去除噪声方面更有效地提供了协同效应，由此生成去除了噪声的语音320。
然后，使用加法器电路322把舒适噪声添加到去除了噪声的语音320。舒适噪声由舒适噪声源电路324生成，所述舒适噪声源电路324用于至少部分地根据噪声类型检测电路312和信号噪声增益估计电路314的输出来确定舒适噪声的类型和量。舒适噪声旨在屏蔽可听的人工音，所述可听的人工音可能作为噪声衰减和/或噪声减少的一部分而被引入。例如，在没有添加舒适噪声的情况下，如果噪声清除度随时间推移不相同，那么人们可能连同所想要的干净语音一起听到某种形式的音调噪声或噪声注入(pumping)。舒适噪声一旦被适当地添加，其通常就会比诸如任何串音或稳定噪声的原始噪声更容易被接受。
图4图示了用于图示示例性的高斯混合模型声音活动检测器400的更详细的框图，其是在图3中所图示的噪声抑制电路的部分所示的类型。高斯混合模型声音活动检测器400包括高斯混合模型贝叶斯分类器402，其被耦合到声音语音模型404和串音噪声模型406，它们均分别包括用于一类或多类语音和串音噪声的模式。高斯混合模型贝叶斯分类器402基本上作为模式匹配电路起作用，所述模式匹配电路依次根据在声音语音模型404和串音噪声模型406中所包含的模式来生成上述对数似然性分数。
然后，使用分数平滑电路408来平滑对数似然性分数。然后在串音噪声如果存在的情况下，向判定逻辑电路410提供平滑的分数以便
12确定串音噪声的存在、类型和量。由相应的电路412确定相应的噪声
统计值，其依次由噪声衰减和减少电路316和318使用。
当以合理的可信度检测到串音噪声时，噪声统计值被相应的电路414累积并且被分析。所产生的分析然后由相应的电路416用来生成串音噪声模型406和潜在的声音语音模型404的更新。所述更新旨在把串音噪声模型406和声音语音模型404保持为最新的(fresh)，并且使该模型更易于根据实际使用体验来检测更可能遇到的串音噪声的类型。
图5图示了其中可以实现在图3中所图示的噪声抑制电路的示例性双向通信装置500的框图。在所图示的实施例中，双向通信装置包括音频信号处理电路，其可以是在图1中所图示的类型，并且包括在图3中所图示的类型的噪声抑制电路。扬声器104和麦克风106被耦合到音频信号处理电路100，用于在用户可产生和可检测的音频信号与釆用电信号形式的所述音频信号的表示之间进行转换。音频信号处理电路100适合于接收并生成音频数据流，所述音频数据流被编码为数据分组，以适于经由无线射频通信接口发送。音频信号处理电路100被耦合到收发器502，所述收发器502转而被耦合到天线504，其能够
一起与远程无线电源通信。
虽然噪声抑制电路300被特别示出，表明能够作为双向无线通信装置的部分而实现， 一个本领域技术人员将易于理解的是，作为选择，噪声抑制电路300可以与能够接收音频信号的任何类型的装置连接来使用，特别是在所述音频信号可能至少具有所想要的部分和不想要的部分(即噪声)的情况下，所述不想要的部分可以利用想要的部分来检测。
图6图示了根据本发明至少一个实施例的用于抑制音频信号中的噪声的方法600。所述方法包括使用多个不同类型的噪声检测器来检测602多个不同类型的噪声的存在。然后当检测到相应类型的噪声时，使
用多个不同类型的噪声减少电路之一来抑制604在音频信号中所检测
类型的噪声。
虽然已经图示并描述了本发明的优选实施例，然而应当理解的是，本发明并不受此限制。在不脱离如所附权利要求定义本发明的精神和范围的情况下，那些本领域技术人员可以想到许多修改、改变、变化、替换和等效方式。
权利要求
1.一种用于音频信号处理电路中的噪声抑制电路，所述噪声抑制电路包括多个不同类型的噪声活动检测器，所述多个不同类型的噪声活动检测器的每个适合于检测所接收的信号中不同类型噪声的存在；以及多个不同类型的噪声减少电路，所述多个不同类型的噪声减少电路的每个适合于去除所检测的不同类型的噪声，其中，每个噪声减少电路分别对应于所述多个噪声活动检测器之一；其中，当所述多个噪声活动检测器中的每一个检测到在所述接收的信号中存在相应类型的噪声时，各自的噪声减少电路被有选择地激活以便调节所述接收的信号来减少所述检测的噪声类型的量。
2. 如权利要求l所述的噪声抑制电路，其中，所述多个不同类型 的噪声活动检测器包括串音噪声活动检测器和稳定噪声活动检测器。
3. 如权利要求2所述的噪声抑制电路，其中，所述稳定噪声活动 检测器包括频域噪声活动检测器和时域噪声活动检测器。
4. 如权利要求2所述的噪声抑制电路，其中，所述串音噪声活动 检测器包括高斯混合模型。
5. 如权利要求4所述的噪声抑制电路，其中，所述高斯混合模型 包括用于检测所想要语音信号的存在的语音模型和用于检测串音噪声 的存在的噪声模型。
6. 如权利要求5所述的噪声抑制电路，其中，所述检测的声音信 号和所述检测的串音噪声用来将所述噪声减少电路的相应之一的信号 公式化。
7. 如权利要求5所述的噪声抑制电路，其中，所述检测的串音噪 声用来更新所述噪声模型。
8. 如权利要求1所述的噪声抑制电路，其中，所述多个不同类型的噪声减少电路包括噪声衰减电路和噪声相减电路。
9. 如权利要求4所述的噪声抑制电路，其中，所述多个不同类型 的噪声活动检测器包括串音噪声活动检测器和稳定噪声活动检测器， 并且其中，所述噪声衰减电路对应于所述稳定噪声检测器，并且所述 噪声相减电路对应于所述串音噪声检测器。
10. 如权利要求1所述的噪声抑制电路，进一步包括用于生成舒 适噪声信号的舒适噪声源，和用于把所述舒适噪声信号与所述接收的 信号相组合的混合器，其中，所述接收的信号已经被调节为减少了所 述检测的噪声类型的量。
11. 如权利要求1所述的噪声抑制电路，其中，所述噪声抑制电 路被结合到包括麦克风和扬声器的双向通信装置中。
12. 如权利要求ll所述的噪声抑制电路，进一步包括回波消除电 路，用于接收要被所述扬声器再现的信号，并且去除由所述麦克风检 测的任何扬声器再现信号。
13. 如权利要求1所述的噪声抑制电路，其中，所述噪声抑制电 路被结合作为射频电话的部分。
14. 一种双向通信装置，包括收发器，所述收发器用于与远程无线电源通信；扬声器，所述扬声器用于再现从远程无线电源接收的音频信号；麦克风，所述麦克风用于检测要被发送到所述远程无线电源的音频信号；以及音频信号处理电路，所述音频信号处理电路包括噪声抑制电路， 用于在由所述麦克风检测的所述音频信号被所述收发器发送到所述远 程无线电源之前调节所述音频信号，所述噪声抑制电路包括多个不同类型的噪声活动检测器，所述多个不同类型的噪声活动 检测器的每个适合于检测在由所述麦克风检测的音频信号中不同类型 的噪声的存在，以及多个不同类型的噪声减少电路，所述多个不同类型的噪声减少电 路的每个适合于去除所述检测的不同类型的噪声，其中，每个所述噪 声减少电路分别对应于所述多个噪声活动检测器之一，其中，当所述多个噪声活动检测器中的每一个检测到在由所述麦 克风检测的所述音频信号中存在相应类型的噪声时，各自的所述噪声 减少电路被有选择地激活以便调节由所述麦克风检测的所述音频信号 来减少所述检测的噪声类型的量。
15. 如权利要求14所述的双向通信装置，其中，所述噪声抑制电 路进一步包括用于生成舒适噪声信号的舒适噪声源，和用于把所述舒 适噪声信号与由所述麦克风检测的所述音频信号相组合的混合器，所 述音频信号已经被调节以便减少所述检测的噪声类型的量。
16. 如权利要求14所述的双向通信装置，所述噪声抑制电路进一步包括回波消除电路，用于接收将由所述扬声器再现的、从所述远程 无线电源接收的音频信号，并且去除由所述麦克风检测的任何扬声器 再现信号。
17. —种用于抑制音频信号中的噪声的方法，所述方法包括 利用多个不同类型的噪声活动检测器来检测在音频信号中多个不同类型的噪声的存在，所述每种不同类型的噪声活动检测器适合于检 测不同类型的噪声；通过有选择地激活各自的噪声减少电路，当各自的检测器检测到存在相应类型的噪声时，使用多个不同类型的噪声减少电路之一来抑 制在所述音频信号中所述检测的类型的噪声，其中，所述噪声减少电 路中的每个适合于去除所述检测的不同类型的噪声，所述每个噪声减 少电路分别对应于所述多个噪声活动检测器之一。
全文摘要
提供了一种用于音频信号处理电路中的噪声抑制电路。该噪声抑制电路包括多个不同类型的噪声活动检测器，噪声活动检测器的每个适合于检测在所接收的信号中不同类型噪声的存在。噪声抑制电路进一步包括多个不同类型的噪声减少电路，每个均适合于去除所检测的不同类型的噪声，其中，每个噪声减少电路分别对应于多个噪声活动检测器之一。然后，当多个噪声活动检测器中的每一个检测到在所接收的信号中存在相应类型的噪声时，各自的噪声减少电路被有选择地激活以便调节所接收的信号来减少所检测的噪声类型的量。
文档编号G10L21/00GK101583996SQ200780048908
公开日2009年11月18日 申请日期2007年11月7日 优先权日2006年12月30日
发明者建明·J·宋, 约耳·A·克拉克 申请人:摩托罗拉公司