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
【专利摘要】本发明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。
【专利说明】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
[0001] 本申请是申请日为2009年9月29日、申请号为201210251379. 4、题为"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"的专利申请的分案申请。
[0002] 本申请要求于2008年10月10日在韩国知识产权局提交的10-2008-0099699号 韩国专利申请的利益，该申请全部公开于此以资参考。
【技术领域】
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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】
[0007] 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。
[0008] 音频输入单元可包括彼此距离1cm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。
[0009] 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。
[0010] 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。
[0011] 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。
[0012] 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。
[0013] 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。
[0014] 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。
[0015] 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。
[0016] 噪声估计器可包括彼此距离1cm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。
[0017] 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。
[0018] 接收音频信号的步骤可包括：使用彼此距离1cm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。
[0019] 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。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1是示出示例性噪声估计设备的框图。
[0032] 图2是示出声音源与图1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。
[0033] 图3是示出由图1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。
[0034] 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。
[0035] 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。
[0036] 图6是示出具有噪声估计器的示例性降噪设备的框图。
[0037] 图7是示出示例性噪声估计方法的流程图。
[0038] 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。
【具体实施方式】
[0039] 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。
[0040] 图1是示出示例性噪声估计设备的框图。
[0041] 如图1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。
[0042] 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。
[0043] 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。
[0044] 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，lcm)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。
[0045] 例如，两个话筒之间的距离可以从lcm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。
[0046] 如所示的，可通过等式1计算由话筒接收的音频信号的频率变换的值&(〇和 S2 (f)、目标声音被阻止的音频信号的频率变换的值B (f):
[0047] B (:0=?^ (f) "#)+w2(f)*S2(f)[等式 1]
[0048] 其中,wjf)和w2(f)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和一 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Si (f)和&(〇之间的 差。
[0049] 其中,wjf)和》2(〇被分别设置为+1和一 1,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。
[0050] 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。
[0051] 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) :
[0052]
【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，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。
2. 如权利要求1所述的噪声估计设备，其中，音频输入单元包括彼此距离lcm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1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。
5. 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。
6. 如权利要求1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。
7. -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噪声估计器估计的噪 声分量的比率相应的尺度系数， 其中，噪声估计器将估计的噪声分量乘以尺度系数。
8. 如权利要求7所述的降噪设备，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。
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lcm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音频信号。
10. -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：检测来自目标声音源的音频信号的存在，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， 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。
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lcm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 标声音源的音频信号。
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：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。
13. 如权利要求12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。
14. 如权利要求10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。
【文档编号】G10L21/0208GK104269179SQ201410432952
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2009年9月29日 优先权日:2008年10月10日
【发明者】金圭洪, 吴光哲 申请人:三星电子株式会社