降噪方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及降噪方法以及配置用于实施该方法的系统。本发明的实施方式代表本 申请人的公开号为W02012/065217的国际专利申请PCT/AU2011/001476中描述的方法或系 统的改进或替代，其内容在此通过引用的方式并入本文。
【背景技术】
[0002] 在听力设备中，例如助听器中，背景噪音不利于语音的清晰度。大多数现代听力设 备通过将降噪处理技术引入到麦克风输出信号路径中来解决这一问题。这样做的目的是为 了增强提供给听众的信噪比（SNR)的比率，从而提高听力设备佩戴者的收听清晰度和舒适 度。
[0003] 降噪处理的成功在很大程度上通常取决于形成适当的参考信号来预估噪音，原因 在于参考信号用于优化自适应滤波器，其目的是消除噪音，理想地只留下目标信号。然而， 这样的参考预估往往是不准确的，因为大多数已知的技术，例如语音活动检测，很容易受到 错误的影响。反过来，这种不精确会导致处理过的声音输出质量的不适当过滤和退化（目 标失真），特别是在最需要降噪功能的低信噪比时。
[0004] 仍然需要改进的降噪方法和系统。
[0005] 发明概述
[0006] 在本发明的第一方面，用于从所布置的麦克风接收的信号中减少不希望的声音的 降噪方法包括以下步骤：通过所布置麦克风检测在指定目标方向周围分布的声源，从而产 生左右麦克风输出信号；确定左右麦克风信号的幅度或功率；基于来自左右麦克风信号的 幅度或功率的幅度或功率或值的差来衰减信号。
[0007] 该方法可进一步包括以下步骤：确定来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或 功率或值的和，其中衰减所述信号的步骤可进一步基于来自左右麦克风信号的幅度或功率 的幅度或功率或值的差与来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的和的比 较。
[0008] 衰减信号的步骤可基于来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的 差与来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的和的比值。
[0009] 衰减的步骤可基于1减去所述比值。
[0010] 衰减的步骤可基于所述比值的变换。
[0011] 衰减的步骤可基于1减去所述比值的变换。
[0012] 来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的差可以是时间平均的。
[0013] 来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的和可以是时间平均的。
[0014] 时间平均的步骤可包括非对称上升和下降的时间。
[0015] 衰减的步骤可以是频率特异性的。
[0016] 衰减的步骤可包括确定来自其它频段的低频的衰减。
[0017] 衰减的步骤可包括基于所述左右麦克风信号之间差的幅度或功率或来自左右麦 克风?目号之间差的幅度或功率的值来确定所选频率的装减。
[0018] 所选频率可以是低频。
[0019] 所述衰减可由函数进行缩放。
[0020] 在高噪音水平中的目标输出水平的不希望减少可通过消除噪音量的估量值来消 除。
[0021] 在感兴趣的频率范围上消除噪音量的估量值可来自于应用在该范围内的最大衰 减。
[0022] 在第二方面，本发明提供了用于从所布置麦克风接收到的信号中减少不希望的声 音的系统，包括：检测装置，用于通过所布置麦克风检测在指定目标方向周围分布的声源来 得到左右麦克风输出信号；判定装置，用于确定左右麦克风信号的幅度或功率；衰减装置， 基于来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的差来衰减信号。
[0023] 所述判定装置可进一步设置成确定来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或 功率或值的和；其中所述衰减装置可进一步设置成基于来自左右麦克风信号的幅度或功率 的幅度或功率或值的差与来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的和的比 较来衰减信号。
[0024] 所述衰减装置可设置成基于来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或 值的差与来自左右麦克风信号的幅度或功率的幅度或功率或值的和的比值来衰减信号。
[0025] 所述衰减装置可设置成基于1减去所述比值来衰减信号。
[0026] 所述衰减装置可设置成基于所述比值的变换来衰减信号。
[0027] 所述衰减装置可设置成基于1减去所述比值的变换来衰减信号。
[0028] 在一些实施方式中，这种信号处理技术在所期望的目标信号从不同的方向到达这 些干扰噪音源时减少了空间分布的传感器阵列中的干扰水平，例如双侧助听器中可用的麦 克风输出。在听力领域中，这种技术可应用于减少设备（例如助听器、听力保护器和人工耳 蜗）中的噪音影响。
[0029] 本发明的实施方式提供了用于消除存在于麦克风输出信号中的噪音的改进和有 效方案，无需参考信号的复杂且易出错的估计。
[0030] -些实施方式可用于声学系统，其在头的每一侧定位有至少一个麦克风，产生麦 克风输出信号，并具有产生输出信号的信号处理路径以及将该输出信号呈现给听觉系统的 装置。
【附图说明】
[0031] 现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，其中：
[0032] 图1是执行用于从所布置麦克风接收到的信号中降低不希望声音的降噪方法的 系统的框图。图2是图1中描述的权重计算方法的改进的框图，使得低频噪音衰减得到改 善。
【具体实施方式】
[0033] 下面描述了一个实施方式，它被提出来用于来自头的左侧和右侧的麦克风输出信 号。假定要处理的所需声源来自被称为目标方向的特定方向。在优选的实施方式中，应用 多频段频率分析，使用例如傅立叶变换，分别具有左右声道信号XJk)和Xr (k)，其中k表示 第k个频道。
[0034] 参照图1，示出了根据本发明的一个优选实施方式的系统100的示意图。系统100 体现在数字信号处理（DSP)硬件，并表示为功能模块。现在将给出系统100的各模块运行 的概述，并且下面将对发生的计算进行更详细的解释。
[0035] 使用分析滤波器组块103和104,将来自左101和右102麦克风形式的检测装置的 输出转换成多通道信号，例如使用傅立叶变换分别得到左右信号XJk)和X r (k)。
[0036] 然后，该方法以下列方式进行：
[0037] 1.测量左右麦克风功率（在每个频段中）。左右信号中的每个通道的功率独立地 通过判定装置105和106来确定。
[0038] 2.计算Pdif，麦克风功率的差（假定包含左耳和右耳噪音之间的差，以及小目标， 因为这将抵销）。P dif的绝对值在107中计算。也就是说，P DIF总是具有正值。
[0039] 3.计算Psum，不同功率之和（其包含2x目标和左右噪音分量）。
[0040] 4. Pdif和P SUM时间平均值（任选地具有非对称上升和下降时间），通过分别使用集 成处理108和110随时间累加这些值得到。
[0041] 5.在111计算"装减"u (k)，其等于I-(PDIF/PSUM)，这是麦克风功率需要缩减多少以 更好地接近纯目标分量的估量值。任选地，所述比值（P DIF/PSUM)在从1中减去之前可通过定 标函数来修改。
[0042] 6.通过应用映射函数改变降噪的强度，映射函数将"衰减"转换得到一组滤波加权 W(k)。在优选的实施方式中，所述映射函数采用将"衰减"提高至固定功率的形式，其默认 值为2. 6。固定功率系数的值可与应用相关，是用户可选择的。
[0043] 7.对于低频来说，仍然存在的问题是头在两耳之间不提供什么衰减，这在该区域 中留下了许多噪音。为了解决这一问题，非常低的频率按附加系数成比例缩小，该系数从其 它频率区域确定，例如应用于500-4000HZ范围内的频率的衰减的功率加权平均值，或可选 择地最大值。
[0044] 在112,左右信号XJk)和Xr (k)相加。通过可编程滤波器113,滤波加权W(k)应 用于来自模块111的上述组合信号，以得到输出信号Z(k)。
[0045] 任选地，使用合成滤波器组120,例如使用傅立叶逆变换创建宽带时域信号，并且 其可从进一步的处理中获益，例如根据应用调整频谱成分或时域滤波，这对本领域技术人 员是显而易见的。
[0046] 在上述方法中，在应用通道权重之前，左右信号加在一起以得到单声道信号。这提 供了附加的信噪比增益，代价是左右方向提示的损失。另一种方法是将加权分别应用于左 右信号以保留方向信息。在可选择的实施方案中，那些选项的中间，同侧和对侧信号在相加 之前可不均等地加权，以实现附加信噪比增益和方向信息保留的所需权衡。这样的附加的 加权可以是固定的，或者例如根据通道衰减动态确定。
[0047] 下列公式应用在由系统100进行的方法中。
[0048] 对于来自位于头左右侧上的麦克风的信号，每个通道中的功率如下计算：
[0049] Pl (k) = Xl (k) X *XL (k) · · ·公式 1
[0050] Pr (k) = Xr (k) X *XR (k) · · ·公式 2
[0051] 公式1和公式2描述了目标方向对应于头定向的方向的情况。任选地，目标方向 可通过过滤该左右麦克风信号来改变。虽然目标方向可由用户来指定，但对本领域技术人 员应该显而易见的是，也可使用自动过程。
[0052] Pdif的计算如下所示：
[0053] Pdif= IP R (k) -Pl (k) I ……公式 3
[0054] Psum的计算如下所示：
[0055] Psum= P R (k) +Pl (k)......公式 4
[0056] Pdif和P SUM的时间平均值在优选实施方式中使用具有非对称的上升（τ J和下降 (τ f)时间sas的泄漏积分按如下来确定：
[0062] 可使用替代的时间平均方法。
[0063] 衰减程度的计算如下所示：
[0065] 任选地，该比值(7^观/P,")在由1减去之前提升到某一功率，以改进衰减函数 的形状。因为u(k)总是小于或等于1，衰减可通过提高其值至S次方而增加：
[0066] w (k) = u (k)s. · ·.公式 8
[0067] 可使用替代方法由比值/ /??/")得到所需的降噪强度w (k)。对本领域技术人 员显而易见的是，以随时间变化的方式调整降噪强度修改器可能会有好处，例如根据信噪 比输出、估量值或自动确定声环境的类型的算法。
[0068] 通道加权值W(k)应用到组合通道信号XJk)和Xr(k)，以得到所述通道输出信号：
[0069] Z (k) = W (k) (XL (k) +Xr (k)) · · ·公式 9
[0070] 可选择地，方向信息的所需保留可通过保留左右耳信号的部分独立性来实现，由 此