专利名称：噪声估计的设备和方法以及使用该设备和方法的降噪设备的制作方法
技术领域：
以下描述涉及音频信号处理，更具体地，涉及一种用于噪声估计的设备和方法以及使用该设备和方法的降噪设备。
背景技术：
使用诸如移动电话的通信终端的语音电话不能保证噪声环境中的高语音质量。为了提高噪声环境中的语音质量，需要一种估计背景噪声分量以仅提取实际语音信号的技 术。随着技术的发展，出现了用于响应于语音来操作或者存储音频数据的各种终端(诸如，便携式摄像机、笔记本PC、导航系统、游戏机等)的基于语音的应用。因此，迫切需要一种用于降低或清除背景噪声以提取高质量语音的技术。已经提出了用于估计或降低背景噪声的各种方法。然而，由于随时间改变的噪声的统计特征或在用于更新噪声的统计特征的初始操作时产生无法预期的偶发噪声而难以获得期望的噪声降低或清除性能。
发明内容
根据一个总体方面，提供了一种噪声估计设备，包括音频输入单元，从多个方向接收音频信号并将音频信号变换为频域信号；目标声音阻止器，阻止来自目标声音源方向的音频信号；补偿器，补偿来自目标声音阻止器的方向性增益的失真。音频输入单元可包括彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒，并且音频输入单元将通过两个话筒接收的音频信号变换为频域信号。目标声音阻止器可通过计算经由两个话筒接收的音频信号之间的差来阻止来自目标声音源的声音信号。补偿器可基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。噪声估计设备还可包括目标声音检测器，检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量的比率相应的尺度系数，所述部分与补偿器估计的噪声分量相关，其中，补偿器将估计的噪声分量乘以尺度系数。可在来自目标声音源的音频信号未被检测的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，可使用先前计算的尺度系数。噪声估计设备还可包括增益校准器，对所述两个话筒进行校准以均衡所述两个话筒的增益。目标声音阻止器可输出来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号。根据另一方面，提供了一种降噪设备，包括噪声估计器，被配置为从多个方向接收音频信号，将音频信号变换为频域信号，阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号，并补偿来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的增益失真，从而估计噪声分量；降噪滤波器，使用基于估计的噪声分量计算的滤波器系数来去除由噪声估计器估计的噪声分量。噪声估计器可包括彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒，噪声估计器可将通过 两个相邻话筒接收的音频信号变换为频域信号，计算频域信号之差来阻止来自目标声音源的声音信号，使用来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。根据另一方面，提供了一种噪声估计设备的噪声估计方法，所述方法包括从多个方向接收音频信号并将音频信号变换为频域信号；阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号；补偿来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的增益失真。接收音频信号的步骤可包括使用彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒接收音频信号，阻止音频信号的步骤可包括通过计算经由两个话筒接收的音频信号之差来阻止来自目标声音源的声音信号。补偿的步骤可包括使用来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。补偿的步骤可包括检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量的比率相应的尺度系数，所述部分与先前计算的噪声分量相关。可在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，可使用先前计算的尺度系数。噪声估计设备可包括两个话筒，所述方法还包括对所述两个话筒进行校准以均衡所述两个话筒的增益，接收音频信号的步骤可包括使用校准的两个话筒接收音频信号。根据另一方面，提供了一种用于降噪的设备，包括音频输入单元，具有从多个方向接收音频信号的多个话筒并将音频信号变换为频域信号；目标声音阻止器，通过计算经由多个话筒接收的音频信号之间的差来阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号，并输出来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号；降噪单元，去除来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号，以输出来自目标声音源的音频信号。降噪单元可以是使用基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号确定的滤波器系数来去除来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的滤波器。所述设备还可包括补偿器，补偿来自目标声音阻止器的方向性增益的失真。补偿器可基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。所述设备还可包括目标声音检测器，检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量的比率相应的尺度系数，所述部分与补偿器估计的噪声分量相关，其中，补偿器将估计的噪声分量乘以尺度系数。可在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，可使用先前计算的尺度系数。所述设备还可包括增益校准器，对所述多个话筒进行校准以均衡所述多个话筒的增益。通过以下详细的描述、附图和权利要求，其它特点和方面将变得清楚。
图I是示出示例性噪声估计设备的框图。图2是示出声音源与图I的噪声估计设备的话筒阵列的布置之间的位置关系的示图。图3是示出由图I的噪声估计设备的目标声音阻止器获得的方向性模式的图表。图4是示出具有目标声音检测器的另一示例性噪声估计设备的框图。图5是示出具有增益校准器的另一示例性噪声估计设备的框图。图6是示出具有噪声估计器的示例性降噪设备的框图。图7是示出示例性噪声估计方法的流程图。在整个附图和详细描述中，除非另外描述，否则相同的附图标号将被理解为表示相同的元件、特征和结构。出于简明、示例和方便的目的可夸大这些元件的相对大小和叙述。
具体实施例方式提供以下描述以助于读者获得在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。因此，各种改变、修改和在此描述的系统、设备和/或方法的等同物将被建议给本领域的普通技术人员。另外，为了清楚和简明会省略已知功能和构建的描述。图I是示出示例性噪声估计设备的框图。如图I中所示，噪声估计设备100包括音频输入单元110、目标声音阻止器120和补偿器130。音频输入单元110从多个方向接收音频信号并将音频信号变换为频域信号。目标声音阻止器120阻止来自目标声音源的方向的音频信号。补偿器130补偿来自目标声音阻止器120的增益失真。如一个示例，音频输入单元110包括彼此相邻的两个话筒(未示出)，并且音频输入单元110将通过话筒接收的音频信号变换为频域信号。例如，变换可以是傅里叶变换。将参照图2对包括话筒的布置和数量、目标声音源的位置以及噪声源的位置的更多示例性细节进行描述。
在具有两个话筒的音频输入单元110的示例中，目标声音阻止器120通过计算经由两个话筒接收的音频信号之差来阻止目标声音。例如，用于从多个方向接收音频信号两个全向话筒被以预定距离(例如，Icm)分离放置，从而阻止例如来自产生目标声音的正前方向的音频信号，并接收来自其它方向的音频信号。例如，两个话筒之间的距离可以从Icm到8cm。如果两个话筒之间的距离小于1cm，则会减少来自多个方向的所有音频信号。如果两个话筒之间的距离大于8cm，则会阻止除了来自目标源的方向的音频信号之外的来自多个方向的音频信号。如所示的，可通过等式I计算由话筒接收的音频信号的频率变换的值SJf)和S2 (f)、目标声音被阻止的音频信号的频率变换的值B (f)B(f) =W^f) S1(f)+w2(f) *S2(f)[等式 I]其中,wjf)和 ⑴是用于阻止目标声音的参数并可通过过度(undue)的实验被合适地设置。例如，其中，Wl(f)和《2(0被分别设置为+1和-1，目标声音被阻止的音频信号的频率变换的值B (f)变为由话筒接收的音频信号的频率变换的值S1 (f)和S2 (f)之间的差。其中，W1 (f)和W2 (f)被分别设置为+1和-I,由于从两个话筒的正前方向，也就是从目标声音源的方向接收的音频信号理想地相同，并且从其它方向接收的音频信号彼此不同，故仅有从两个话筒的正前方向接收的音频信号理想地成为零。因此，从正前方向接收的目标声音可被阻止。目标声音被阻止的音频信号可以是噪声分量。然而，从目标声音阻止器120输出的音频信号的频率特征可根据例如话筒阵列口径大小、话筒的数量等而显著地改变。因此，为了在噪声估计中减小误差，补偿器130可被用于基于目标声音被阻止的音频信号的平均值来计算权重，并将音频信号分别乘以相应的权重。可通过等式2计算目标声音被阻止的音频信号的通过目标声音阻止器120获得的方向性模式D (f，Φ)
权利要求
1.一种噪声估计设备，包括 音频输入单元，从多个方向接收音频信号并将音频信号变换为频域信号； 目标声音阻止器，阻止来自目标声音源方向的音频信号；和 补偿器，补偿来自目标声音阻止器的方向性增益的失真， 其中，补偿器基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。
2.如权利要求I所述的噪声估计设备，其中，音频输入单元包括彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒，并且音频输入单元将通过两个话筒接收的音频信号变换为频域信号。
3.如权利要求2所述的噪声估计设备，其中，目标声音阻止器通过计算经由两个话筒接收的音频信号之间的差来阻止来自目标声音源的声音信号。
4.如权利要求I所述的噪声估计设备，还包括目标声音检测器，检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量相比于补偿器估计的噪声分量的比率相应的尺度系数， 其中，补偿器将估计的噪声分量乘以尺度系数。
5.如权利要求4所述的噪声估计设备，其中，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，使用先前计算的尺度系数。
6.如权利要求2所述的噪声估计设备，还包括增益校准器，对所述两个话筒进行校准以均衡所述两个话筒的增益。
7.如权利要求I所述的噪声估计设备，其中，目标声音阻止器输出来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号。
8.—种降噪设备，包括 噪声估计器，被配置为从多个方向接收音频信号，将音频信号变换为频域信号，阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号，并补偿来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的增益失真，从而估计噪声分量；以及 降噪滤波器，使用基于估计的噪声分量计算的滤波器系数来去除由噪声估计器估计的噪声分量， 其中，噪声估计器使用来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。
9.如权利要求8所述的降噪设备，其中， 噪声估计器包括彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒，以及 噪声估计器将通过两个相邻话筒接收的音频信号变换为频域信号，计算频域信号之差来阻止来自目标声音源的声音信号。
10.一种噪声估计设备的噪声估计方法，所述方法包括 从多个方向接收音频信号并将音频信号变换为频域信号； 阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号；以及 补偿来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的增益失真，其中，补偿的步骤包括使用来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。
11.如权利要求10所述的噪声估计方法，其中 接收音频信号的步骤包括使用彼此距离Icm到8cm的两个相邻的话筒接收音频信号，以及 阻止音频信号的步骤包括通过计算经由两个话筒接收的音频信号之差来阻止来自目标声音源的声音信号。
12.如权利要求10所述的噪声估计方法，其中，补偿的步骤包括检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量相比于先前计算的噪声分量的比率相应的尺度系数。
13.如权利要求12所述的噪声估计方法，其中，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，使用先前计算的尺度系数。
14.如权利要求10所述的噪声估计方法，其中 噪声估计设备包括两个话筒， 所述方法还包括对所述两个话筒进行校准以均衡所述两个话筒的增益，以及 接收音频信号的步骤包括使用校准的两个话筒接收音频信号。
15.一种用于降噪的设备，包括 音频输入单元，具有从多个方向接收音频信号的多个话筒并将音频信号变换为频域信号; 目标声音阻止器，通过计算经由多个话筒接收的音频信号之差来阻止频域信号中的来自目标声音源的方向的音频信号，并输出来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号；和 降噪单元，去除来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号，以输出来自目标声音源的音频信号， 其中，补偿器基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的平均值来计算来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的权重，并将来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号乘以相应的权重。
16.如权利要求15所述的设备，其中，降噪单元是使用基于来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号确定的滤波器系数来去除来自目标声音源的音频信号被阻止的音频信号的滤波器。
17.如权利要求15所述的设备，还包括补偿器，补偿来自目标声音阻止器的方向性增益的失真。
18.如权利要求17所述的设备，还包括目标声音检测器，检测来自目标声音源的音频信号，在来自目标声音源的音频信号未被检测到的部分，计算与在所述部分中接收的音频信号的数量相比于补偿器估计的噪声分量的比率相应的尺度系数， 其中，补偿器将估计的噪声分量乘以尺度系数。
19.如权利要求18所述的设备,其中，在来自目标声音源的音频信号未被检测的部分计算和更新尺度系数，在来自目标声音源的音频信号被检测到的部分，使用先前计算的尺度系数。
20.如权利要求18所述的设备，还包括增益校准器，对所述多个话筒进行校准以均衡所述多个话筒的增益。
全文摘要
提供了一种噪声估计的设备和方法以及使用该设备和方法的降噪设备。噪声估计设备通过阻止接收的音频信号中的来自目标声音源的方向的音频信号来估计噪声，并补偿来自目标声音阻止器的方向性增益的失真，所述目标声音阻止器阻止来自目标声音源的音频信号。
文档编号G10L21/02GK102779524SQ201210251379
公开日2012年11月14日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月10日
发明者吴光哲, 金圭洪 申请人:三星电子株式会社