语音降噪方法及语音采集设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通讯领域，尤其涉及语音降噪方法及语音采集设备。
【背景技术】
[0002] 随着通讯技术的革新，人们对于语音通讯的质量要求不断提高。其中，移动通讯终 端的抗噪性能是语音通讯质量的重要关注点。在经历了单麦克风系统通过单通道语音增 强方案降低噪声，提高语音质量的阶段以后，越来越多的移动通讯终端开始配置双麦克风 (Dual Mic)系统。这种双麦克风系统通常采用主次麦克风的结构，它将一个主麦克风放置 在手机下端，靠近嘴的位置，用于接收含噪语音信号，另一个次麦克风放置在手机上端的背 部或顶部，靠近耳朵的位置，用于接收以噪声为主的参考噪声信号，如图1所示。
[0003] 基于这种物理结构，自适应噪声消除（Adaptive Noise Cancellation，ANC)可以 利用含噪语音信号和参考噪声信号这两个信号来进行分析和计算，得到干净的语音。但是， 采用目前的技术方案在实际应用中起到的降噪效果并不是很理想，输出的语音还是有存在 较大的失真。
[0004] 因此，如何进一步提高通话质量一直为本领域技术人员所致力研究的方向。
【发明内容】
[0005] 针对现有的自适应噪声消除技术中存在的上述问题，本发明旨在提供一种结构简 单，并可有效实现有效的抗串扰以及提高语音质量的语音降噪方法及语音采集设备。
[0006] 具体技术方案如下：
[0007] -种语音降噪方法，其中，
[0008] 通过一滤波组件，对一滤波形成的消噪语音信号，以及一滤波形成的参考噪声信 号进行频域转换并滤波，以滤波输出、对应所述参考噪声信号的原始噪声信号、以及对应 所述消噪语音信号的含噪语音信号，分别控制形成所述参考噪声信号的第一抗串扰滤波单 元，以及形成所述消噪语音信号的第二抗串扰滤波单元进行滤波系数更新。
[0009] 优选的，所述滤波组件采用离散傅立叶变换，或离散余弦变换，或改进余弦变换对 所述消噪语音信号进行频域转换得到第一幅度谱；和/或
[0010] 所述滤波组件采用离散傅立叶变换，或离散余弦变换，或改进余弦变换对所述参 考噪声信号进行频域转换得到第二幅度谱。
[0011] 优选的，采用离散傅立叶变换得到所述第一幅度谱的公式为：
[0013] 其中，Eal为所述第一幅度谱，e Jt)为所述参考噪声信号，e为自然对数的底数，j 为虚数单位，j = (-1)α5, w_(n)为窗函数，η = 1，2,…Μ, Μ为频域分析的时间窗长度；和 /或
[0014] 采用离散傅立叶变换得到所述第二幅度谱的公式为：
[0016] 其中，Ea2为第二幅度谱，e 2(t)为所述消噪语音信号，e为自然对数的底数，j为虚 数单位，j= (_l)a5，w_(n)为窗函数，n = l，2,…M，M为频域分析的时间窗长度。
[0017] 优选的，所述窗函数w_(η)为矩形窗，或者正弦窗，或者汉宁窗，或者海明窗，或者 Tukey 窗。
[0018] 优选的，Μ的取值范围为fs/100/2〈M〈0. 4fs，其中fs为采样频率。
[0019] 优选的，所述滤波组件提供一后滤波器，所述后滤波器为具有Μ点冲激响应的频 域维纳滤波器，通过下式计算所述频域维纳滤波器的解：
[0021] 其中，G为所述维纳滤波器的解，Psl为所述消噪语音信号的自功率谱，Ρ "为噪声的 自功率谱；或者
[0022] 所述滤波组件提供一后滤波器，所述后滤波器为具有Μ点冲激响应的频域维纳滤 波器，通过下式计算所述频域维纳滤波器的解：
[0024] SNR[k]t= a G[k] t JSNlUkL i+d-a )max(SNRP[k]t-l，0)
[0026] 其中，G为所述维纳滤波器的解，SNR为信噪比，SNRP为先验信噪比，Psl为所述消 噪语音信号的自功率谱，P n为噪声的自功率谱，〇〈 α〈1。
[0027] 优选的，所述消噪语音信号的自功率谱Psl通过下式计算：
[0028] Psl[k]t= |Eal[k]t|2，
[0029] 其中，Eal为所述消噪语音信号经频域转换后获得的第一幅度谱。
[0030] 优选的，所述噪声的自功率谱^通过下式进行估计：
[0032] 其中，η。n2, n3为平滑因子，〇〈 n p n2, n3〈i;
[0033] Ps为所述消噪语音信号的自功率谱，或者P 3为所述消噪语音信号的自功率谱与所 述参考噪声信号的自功率谱两者之间的较小值。
[0034] 优选的，Ps为所述消噪语音信号的自功率谱时，P s通过下式计算：
[0035] Ps[k]t= |Eal[k]t|2；
[0036] 其中，Eal为所述消噪语音信号经频域转换后获得的第一幅度谱。
[0037] 优选的，Ps为所述消噪语音信号的自功率谱与所述参考噪声信号的自功率谱两者 之间的较小值时，ps通过下式计算：
[0038] Ps[k]t=min(|Eal[k]t| 2, |Ea2[k]t|2);
[0039] 其中，
[0040] Eal为所述消噪语音信号经频域转换后获得的第一幅度谱；
[0041] Ea2为所述参考噪音信号经频域转换后获得的第二幅度谱。
[0042] 优选的，提供一语音激活检测单元，所述语音激活检测单元连接所述滤波组件；
[0043] 所述语音激活检测单元根据所述含噪语音信号，或者所述含噪语音信号和所述原 始噪声器信号，判断是否采集到语音信号，并向所述滤波组件输出判断结果。
[0044] 优选的，Ps通过下式计算：
[0046] 其中，VAD为所述语音激活检测单元的输出值，true为采集到语音信号，false为 未米集到语音信号；
[0047] Eal为所述消噪语音信号经频域转换后获得的第一幅度谱；
[0048] Ea2为所述参考噪音信号经频域转换后获得的第二幅度谱；
[0049] β为控制因子，1〈β〈5。
[0050] 优选的，所述滤波组件提供一第一自适应滤波器，及一第二自适应滤波器；
[0051] 所述第一自适应滤波器根据所述频域维纳滤波器的解G、所述参考噪声信号以及 所述含噪语音信号计算所述第一抗串扰滤波单元的滤波系数更新项并通过所述滤波 系数更新项更新所述第一抗串扰滤波单元的滤波系数glit;
[0052] 所述第二自适应滤波器根据所述频域维纳滤波器的解G、所述消噪语音信号以及 所述噪声信号，计算所述第二抗串扰滤波单元的滤波系数更新项 §1;，并采用所述滤波系数 更新项g2/更新所述第二抗串扰滤波单元的滤波系数g2it。
[0053] 优选的，所述第一抗串扰滤波单元通过下式更新滤波系数glit:
[0055] 所述第二抗串扰滤波单元通过下式更新滤波系数g2it:
[0057] 优选的，所述第一自适应滤波器通过频域最小均方算法计算所述第一抗串扰滤波 单元的滤波系数更新项 §1,，具体算式如下：
[0058]
[0059] 其中，GfG'
[0060] λ为大于〇的非线性控制因子；
[0061] μ为更新步长，且0 < μ < 2 ;
[0062] ε为防止除零错误的微小正数；
[0063] ?为点乘符号；
[0064] 上标*为共轭操作；
[0065] 下标NXΝ表示矩阵为Ν行Ν列；
[0066] 下标NX (M-N)表示矩阵为N行M-N列；
[0067] t为所述含噪语音信号s i (t)的Μ点傅立叶变换；
[0068] E2, t为所述参考噪声信号e 2 (t)的Μ点傅立叶变换；
[0069] F-为反傅立叶变换矩阵；
[0070] E[|slitr]为|Slit|2在t时刻的短期数学期望。
[0071] 优选的，Slit通过下式计算：
[0072] Sl t= F[s ! (t-M+1), Sj (t~M+2), ···, Sj (t) ]T,
[0073] 其中，上标T为转置操作；和/或
[0074] E2,t通过下式计算：
[0075] E2j t= F {[0, Ο, ···, 0] 1ΧΝ [e2 (t- (Μ~Ν) +1), e2 (t- (Μ~Ν) +2), ···, e2 (t) ]}τ,
[0076] 其中，上标Τ为转置操作；和/或
[0077] E[|SUt|2]通过自回归法进行获取，具体算式如下：
[0078] E[|Slit|2] = YE[|Slitl|2] + (l-y) |Slit|2,0<Y<l〇
[0079] 优选的，所述第二自适应滤波器通过频域最小均方算法计算所述第二抗串扰滤波 单元的滤波系数更新项g 2f，具体算式如下：
[0080]
[0081] 其中，G2= 1-G 人或G2= (1-G)入；
[0082] λ为大于〇的非线性控制因子；
[0083] μ为更新步长，且0 < μ < 2 ;
[0084] ε为防止除零错误的微小正数；
[0085] ?为点乘符号；
[0086] 上标*为共轭操作；
[0087] 下标NXN表示矩阵为N行N列；
[0088] 下标NX (Μ-N)表示矩阵为N行Μ-N列；
[0089] S2, t为噪声信号s 2 (t)的Μ点傅立叶变换；
[0090] t为消噪语音信号e i (t)的Μ点傅立叶变换；
[0091] F-为反傅立叶变换矩阵；
[0092] E[|S2，t|2]为|S2，t| 2在t时刻的短期数学期望。
[0093] 优选的，S2, t通过下式计算：
[0094] S2_ t= F[s 2 (t-M+1), s2 (t~M+2), ···, s2 (t) ]T,
[0095] 其中，F为傅立叶变换矩阵，上标T为转置操作；和/或
[0096] Elit通过下式计算：
[0097] Eut= F{[0,0，...，0] 1XN[ei(t-(M_N)+l)，ei(t-(M_N)+2)，…，el (t)]}T,
[0098] 其中，F为傅立叶变换矩阵，上标T为转置操作；和/或
[0099] E[|S2J2]通过自回归法进行获取，具体算式如下：
[0100] E[|s2it|2] = YE[|S2itl|2] + (l-y) | S2jt|2, 0< y <1〇
[0101] 优选的，所述第一自适应滤波器通过加窗频域最小均方算法计算所述第一抗串扰 滤波单元的滤波系数更新项§￥，具体算式如下：
[0102]
[0103] 其中，G!=Ga;
[0104] λ为大于〇的非线性控制因子；
[0105] μ为更新步长且0 < μ < 2 ;
[0106] ε为防止除零错误的微小正数；
[0107] ?为点乘符号；
[0108] 上标*为共轭操作；
[0109] 下标NXΝ表示矩阵为Ν行Ν列；
[0110] 下标NX (M_N)表7K矩阵为N打M_N列；
[0111] Swlit为含噪语音信号s i⑴的Μ点窗傅立叶变换；
[0112] Ew2it为参考噪声信号e 2⑴的Μ点窗傅立叶变换；
[0113] F-为反傅立叶变换矩阵；