一种基于麦克风阵列的语音降噪方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种基于麦克风阵列的语音降噪方法及系统。
[0002]【背景技术】随着语音通信及语音识别技术的快速发展，其已在人们的日常生活和工作中的多个领域得到了广泛的应用，为人们提供了极大的便利。然而，语音通信及语音识别的应用环境是复杂多变的，尤其是在车载、机载以及多人讲话等信噪比较低的应用环境中，噪声的存在给传统的语音通信及语音识别技术带来了很大的挑战，因此语音降噪技术已成为语音通信及语音识别能正常、准确工作的保证。为了提升语音降噪技术的有效性，现有语音降噪技术主要包括单麦克风增强技术和麦克风阵列技术，其中，单麦克风增强技术单纯利用信号的时序信息进行降噪处理，而麦克风阵列技术却融合语音信号的时序信息和空间信息，因此，麦克风阵列技术相较于单麦克风语音增强技术，能更好地平衡噪声抑制幅度和语音失真度控制之间的关系。
[0003]麦克风阵列技术是利用两个或者更多的麦克风组成的麦克风阵列进行语音增强，其最基本的思想是通过自适应滤波器用一个麦克风接收到的噪声抵消另一个麦克风接收到的信号中的噪声成分，得到目标语音信号。由于在实际应用中两个麦克风采集的信号都可能包含目标语音信号，因此，降噪的同时也会损害到目标语音信号，这就需要对自适应滤波器的收敛和滤波进行控制，以保证在有效地抑制噪声的同时保护一个麦克风中的目标语音信号不会被另一个麦克风中的目标语音信号所抵消，否则就会造成目标语音信号的失真。针对上述技术问题，后又有技术人员提出通过确定麦克风阵列所有声音信号的入射角度进行信号成分的统计，进而得到滤波控制因子，利用该滤波控制因子可将目标语音信号中可能存在的噪声成分滤除，从而较有效地解决了在滤波过程中存在语音信号失真的问题，但是，如果噪声信号中含有目标语音信号成分，则无论如何调整滤波控制因子，目标语音信号经滤波后仍会存在一定的失真，这使得该种方案也无法完全解决语音信号失真的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例针对基于麦克风阵列的现有语音降噪方法存在的上述技术问题，提供一种可以更为有效地解决语音失真问题的语音降噪方法及系统。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种基于麦克风阵列的语音降噪方法，包括:
[0006]利用波束成形技术将组成所述麦克风阵列的背靠背布置的两个无指向性麦克风构建为两个背向心形指向性麦克风，以得到前向目标语音信号和后向噪声信号；
[0007]对所述前向目标语音信号和所述后向噪声信号进行相同程度的频率均衡，得到已均衡目标语音信号和已均衡噪声信号；
[0008]对所述已均衡目标语音信号进行自适应滤波处理，估计出所述已均衡噪声信号中存在的目标语音信号的泄漏成分；
[0009]从所述已均衡噪声信号中去除所述目标语音信号的泄漏成分，得到已修正噪声信号;
[0010]对所述已修正噪声信号进行自适应滤波处理，估计出所述已均衡目标语音信号中存在的噪声信号的泄漏成分；
[0011]从所述已均衡目标语音信号中去除所述噪声信号的泄漏成分，得到已修正目标语音信号;
[0012]基于所述已修正目标语音信号，得到还原后的目标语音信号。
[0013]优选的是，所述对所述前向目标语音信号和所述后向噪声信号进行相同程度的频率均衡，得到已均衡目标语音信号和已均衡噪声信号包括:
[0014]提取所述前向目标语音信号相对最先到达所述麦克风阵列的频域声音信号进行缩放的增益因子；
[0015]将所述前向目标语音信号除以所述增益因子，得到所述已均衡目标语音信号；
[0016]将所述后向噪声信号除以所述增益因子，得到所述已均衡噪声信号。
[0017]优选的是，所述方法还包括:
[0018]计算所述已修正目标语音信号与所述已修正噪声信号之间的信噪比；
[0019]在所述信噪比大于预设门限时，更新估计出的所述目标语音信号的泄漏成分；
[0020]在所述信噪比小于等于所述预设门限时，更新估计出的所述噪声信号的泄漏成分。
[0021]优选的是，所述计算所述已修正目标语音信号与所述已修正噪声信号之间的信噪比包括:
[0022]计算所有频带下的已修正目标语音信号总量；
[0023]计算所有频带下的已修正噪声信号总量；
[0024]计算所述已修正目标语音信号总量与所述已修正噪声信号总量的比，并将计算结果作为所述已修正目标语音信号与所述已修正噪声信号之间的信噪比。
[0025]优选的是，所述基于所述已修正目标语音信号，得到还原后的目标语音信号包括:
[0026]对所述已修正目标语音信号进行自适应后置滤波处理，得到已后置滤波目标语音信号;
[0027]基于所述已后置滤波目标语音信号，得到所述还原后的目标语音信号。
[0028]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种基于麦克风阵列的语音降噪系统，包括:
[0029]波束形成模块，用于利用波束成形技术将组成所述麦克风阵列的背靠背布置的两个无指向性麦克风构建为两个背向心形指向性麦克风，以得到前向目标语音信号和后向噪声信号;
[0030]频率均衡模块，用于对所述前向目标语音信号和所述后向噪声信号进行相同程度的频率均衡，得到已均衡目标语音信号和已均衡噪声信号；
[0031 ]目标语音信号自适应滤波模块，用于对所述已均衡目标语音信号进行自适应滤波处理，估计出所述已均衡噪声信号中存在的目标语音信号的泄漏成分；
[0032]噪声信号修正模块，用于从所述已均衡噪声信号中去除所述目标语音信号的泄漏成分，得到已修正噪声信号；
[0033]噪声信号自适应滤波模块，用于对所述已修正噪声信号进行自适应滤波处理，估计出所述已均衡目标语音信号中存在的噪声信号的泄漏成分；
[0034]目标语音信号修正模块，用于从所述已均衡目标语音信号中去除所述噪声信号的泄漏成分，得到已修正目标语音信号；以及，
[0035]后置处理模块，用于基于所述已修正目标语音信号，得到还原后的目标语音信号。
[0036]优选的是，所述频率均衡模块包括:
[0037]增益因子提取单元，用于提取所述前向目标语音信号相对最先到达所述麦克风阵列的频域声音信号进行缩放的增益因子；
[0038]目标语音信号均衡单元，用于将所述前向目标语音信号除以所述增益因子，得到所述已均衡目标语音信号；以及，
[0039]噪声信号均衡单元，用于将所述后向噪声信号除以所述增益因子，得到所述已均衡噪声信号。
[0040]优选的是，所述系统还包括:
[0041]信噪比计算模块，用于计算所述已修正目标语音信号与所述已修正噪声信号之间的信噪比；
[0042]所述目标语音信号自适应滤波模块还用于在所述信噪比大于预设门限时，更新估计出的所述目标语音信号的泄漏成分；
[0043]所述噪声信号自适应滤波模块还用于在所述信噪比小于等于所述预设门限时，更新估计出的所述噪声信号的泄漏成分。
[0044]优选的是，所述信噪比计算模块包括:
[0045]第一计算单元，用于计算所有频带下的已修正目标语音信号总量；
[0046]第二计算单元，用于计算所有频带下的已修正噪声信号总量；以及，
[0047]信噪比计算单元，用于计算所述已修正目标语音信号总量与所述已修正噪声信号总量的比，并将计算结果作为所述已修正目标语音信号与所述已修正噪声信号之间的信噪比。
[0048]优选的是，所述后置处理模块还用于对所述已修正目标语音信号进行自适应后置滤波处理，得到已后置滤波目标语音信号；及还用于基于所述已后置滤波目标语音信号，得到所述还原后的目标语音信号。
[0049]本发明的有益效果在于，本发明的基于麦克风阵列的语音降噪方法及系统通过波束成形技术将组成麦克风阵列的背靠背布置的两个无指向性麦克风构建为具有两个背向心形指向性麦克风，这可以获得主要包括目标语音信号的前向目标语音信号和主要包括噪声信号的后向噪声信号，而且本发明通过对前向目标语音信号进行频率均衡，可以有效地避免前向目标语音信号在不同的频带具有不同的缩放幅度，进而可以避免还原后的目标语音信号出现频率失真；另外，本发明在此基础上创新性地采用了对已均衡目标语音信号和已修正噪声信号均进行自适应滤波的自