用于去除噪声的设备和方法
【专利摘要】提供了一种用于去除噪声的设备和方法。所述方法包括：接收构成双声道信号的声道信号；通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号；从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度（PSD）；通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号；通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号；从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号。
【专利说明】用于去除噪声的设备和方法
[0001]本申请要求于2012年5月22日在韩国知识产权局提交的第10-2012-0054448号韩国专利申请的权益，所述申请通过引用全部合并于此。
【技术领域】
[0002]本公开涉及一种用于从双声道声音信号去除噪声的方法和设备。
【背景技术】
[0003]从包括漫射噪声和干扰噪声的声音去除噪声的方法的示例包括使用以下项的两阶段噪声去除方法:最小统计量、最小值控制递归算法(MCRA)、两耳多道维纳滤波器(MWF)或语音活动检测器(VAD)。需要开发这样一种噪声去除方法:该方法能够保持声音的方向性并容易且有效地去除至少一个干扰信号，而不受漫射噪声的影响。
【发明内容】
[0004]提供了一种用于估计功率谱密度(PSD)并基于PSD从双声道信号去除漫射噪声和干扰信号的方法和设备。
[0005]还提供了一种在其上实施有用于执行所述方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
[0006]另外的方面将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者可通过本实施例的实施来理解。
[0007]根据本发明的一方面，一种从双声道信号去除噪声的方法，所述方法包括:接收构成双声道信号的声道信号；通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号；从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD);通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号；通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号；从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号。
[0008]根据本发明的另一方面，一种用于从双声道信号去除噪声的噪声去除设备，所述噪声去除设备包括:接收单元，用于接收构成双声道信号的声道信号；目标信号去除单元，用于通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号；漫射噪声估计单元，用于从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD);第一漫射噪声去除单元，用于通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号；第二漫射噪声去除单元，用于通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号；干扰信号去除单元，用于从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号。
[0009]根据本发明的另一方面，一种用于输出去除了噪声的双声道声音的声音输出设备，所述声音输出设备包括:接收单元，用于接收构成双声道信号的声道信号；处理器，用于通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号；从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD);通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号；通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号；通过从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号来获得每个声道的目标信号；基于获得的目标信号获得应用到每个声道信号的输出增益；增益应用单元，用于将输出增益应用到每个声道信号；声音输出单元，用于输出应用了输出增益的双声道声音。
[0010]根据本发明的另一方面，一种计算机可读记录介质，在所述计算机可读记录介质上实施有用于执行从双声道信号去除噪声的方法的计算机程序。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]从下面结合附图的实施例的描述，这些和/或其他方面将会变得更加清楚且更容易理解，其中:
[0012]图1是根据本发明实施例的噪声去除设备的框图；
[0013]图2是图1的漫射噪声估计单元的框图；
[0014]图3是根据本发明实施例的声音输出设备的框图；
[0015]图4是示出通过图1的噪声去除设备去除噪声的方法的流程图；
[0016]图5是示出输出通过使用根据本发明实施例的声音输出设备而去除了噪声的声音的方法的流程图。.【具体实施方式】
[0017]现将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例。当诸如“…中的至少一个”的表述位于一列元素之后时，其修饰整列元素而不是修饰列出的单个元素。
[0018]图1是根据本发明实施例的噪声去除设备100的框图。参照图1，噪声去除设备100包括接收单元110、漫射噪声估计单元120、目标信号去除单元130、第一漫射噪声去除单元140、第二漫射噪声去除单元150和干扰信号去除单元160。
[0019]示出噪声去除设备100的图1仅包括与当前实施例相关的组件，以便不阻碍对当前实施例的理解。因此，本领域的普通技术人员将理解噪声去除设备100可包括除图1中示出的组件以外的其它组件。
[0020]当前实施例的噪声去除设备100可以是至少一个处理器或者可包括至少一个处理器。因此，当前实施例的噪声去除设备100可以以包括在另一硬件装置(诸如，声音再现设备、声音输出设备或助听器)中的设备的形式来驱动。
[0021]接收单元110接收诸如双声道信号的声道信号。该声道信号是用户周围的声音经过两个音频声道输入的信号。声道信号根据输入声道信号的位置而彼此不同。
[0022]根据本发明的当前实施例，双声道信号可以是在用户的两耳位置处输入的声音。例如，双声道信号可以是经由分别布置在用户的两耳处的麦克风输入的声音，但本发明不限于此。为便于描述，双声道信号被称为在用户的两耳位置处输入的声音。在用户的左耳位置处输入的声音被称为左声道信号，在用户的右耳位置处输入的声音被称为右声道信号。
[0023]声道信号包括与用户意在收听的声音对应的目标信号和除目标信号以外的噪声信号。噪声是阻碍用户的收听的声音，噪声信号可被划分为与没有方向性的噪声对应的漫射噪声和与具有方向性的噪声对应的干扰信号。
[0024]例如，如果用户与某人交谈，则对方的语音是目标信号，除对方的语音以外的声音对应于噪声。此外，除对方的语音以外的其他人的语音是干扰信号(即，具有方向性的噪声)，周围的不具有方向性的声音对应于漫射噪声。
[0025]因此，接收单元110接收用于双声道的包括目标信号、干扰信号和漫射噪声的声道信号，每个声道信号可通过下面的等式I来表示，
[0026]XL=aLS+vLV+NL
[0027]Xe = aES+vEV+NE ⑴
[0028]其中，\表示在用户的左耳位置的左声道信号输入，Xk表示在用户的右耳位置的右声道信号。如上所述，左声道信号\由4S、V J和队的和来表示，其中，a#是目标信号的元素，V J是干扰信号的元素，队是漫射噪声的元素。关于左声道信号\的描述还可用于描述右声道信号xR。
[0029]这里,利用具有声音从产生声音的位置传输到声音被输入的位置的声波路径来表不具有方向性的目标信号。也就是说，声波路径表不指不声音的方向的信息。
[0030]根据当前实施例，可通过头部相关传输函数(HRTF)表达声波路径，但本发明不限于此。在下文中，为便于描述，和CIk可被称为表示从产生声音的位置到用户的两耳的传输路径的HRTF。
.[0031]如等式I所示，可通过将与目标信号对应的声音S乘以HRTF a L而获得的值来表不包括在左声道信号\中的目标信号，其中，HRTF a 表不从产生声音的位置到用户的两耳的传输路径。
[0032]类似地，可通过将干扰信号的声音V乘以^或V 1；而获得的值来表示作为具有方向性的信号的干扰信号，其中，^或Vk表示从产生干扰信号的位置到干扰信号被输入的位置的传输路径。根据当前实施例，^或〃1(可以是表示从产生声音源的位置到用户的两耳的传输路径的HRTF。
[0033]另一方面，如等式I所示，漫射噪声是不具有方向性的信号，并可仅通过队或乂来表不而不包括方向信息。
[0034]因此，当前实施例的噪声去除设备100从经由接收单元110接收的包括目标信号、干扰信号和漫射噪声的声道信号去除与噪声对应的干扰信号和漫射噪声。
[0035]漫射噪声估计单元120从声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD)。这里，漫射噪声是指来自周围环境的噪声，并还可被称为背景噪声或环境噪声。漫射噪声不具有方向性，其在所有方向上具有均衡的大小，并具有随机的相位。例如，漫射噪声可以是由空调机或发动机发出的机器噪声、室内多路重合噪声或混响。
[0036]漫射噪声估计单元120估计包括在声道信号中的漫射噪声之间的相关性，估计关于声道信号的协方差矩阵的最小特征值，并还通过使用估计的相关性和最小特征值来估计漫射噪声的PSD。
[0037]漫射噪声估计单元120可通过使用左声道信号\和右声道信号Xk的协方差矩阵的最小特征值来估计漫射噪声的PSD。这里，漫射噪声是指不具有方向性并在所有方向上具有均衡大小的噪声。虽然包括在声道信号中的漫射信号的总体相关性低，但包括在低频带的声道信号中的漫射噪声之间的相关性高。
[0038]因此，漫射噪声估计单元120需要对包括在声道信号中的漫射噪声之间的相关性进行数学建模，并补偿包括在低频带的声道信号中的漫射噪声之间的高相关性。因此，漫射噪声估计单元120估计包括在左声道信号中的漫射噪声元素队与包括在右声道信号Xk中的漫射噪声元素Nk之间的相关性，并使用估计的相关性来估计漫射噪声的PSD。因此，通过ΓΝΝ表示漫射噪声的估计的PSD，将参照图2详细描述ΓΝΝ。
[0039]目标信号去除单元130通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号。这里，加权值被确定为使得包括在每个声道中的目标信号与包括在另一声道中的目标信号相同。因此，可去除包括在每个声道中的目标信号。
[0040]可通过下面的等式2表示通过目标信号去除单元130去除包括在每个声道信号中的目标信号，
[0041]Zl = Xl-WeXe
[0042]Ze = Xe-WlXl
[0043](2) [0044]其中，W1^P Wlj表不加权值，Z1^P Zk表不去除了目标信号的声道信号(即，噪声信号)。如等式2所示，目标信号去除单元130可通过从左声道信号\减去乘以加权值Wk的的右声道信号Xk来去除包括在左声道信号\中的目标信号，并可获得包括在左声道信号\中的噪声信号\。类似地，右声道的噪声信号Zk可通过从右声道信号Xk减去乘以加权值\的左声道信号\来获得。
[0045]参照等式1，由目标信号去除单元130从左声道信号去除目标信号元素a LS,并且仅噪声元素保留。换句话说，可通过下面的等式3来表示通过从左声道信号\减去乘以加权值Wk的右声道信号Xk来获得的噪声信号，
[0046]Zl = Xl-WeXe
[0047]= HlV+N/ l
[0048]Ze = Xe-WlXl
[0049]= HeV+N/ e (3)
[0050]其中，和NJ表示通过从左声道信号\减去乘以加权值Wk的右声道信号Xk而获得的信号。也就是说，和NJ表示应用了加权值且除目标信号以外的噪声元素。扎是乘以干扰信号的声音V的值。HljV表不应用了加权值的干扰信号兀素V J和vKV的值。
表示应用了加权值的漫射噪声元素队和Nk的值。
[0051]这里，根据本发明的当前实施例，可基于包括在每个声道信号中的目标信号的方向?目息获得目标?目号去除单兀130的加权值。例如，目标彳目号去除单兀130可通过使用指不目标信号的方向信息的HRTF Ctlj和α κ来确定使包括在每个声道信号中的目标信号与包括在另一信号中的目标信号相同的加权值。
[0052]参照等式1，包括在声道信号\和Xk中的目标信号元素分别是指示目标信号的方向信息的HRTF 4和^乘以声音S的aj和a ,S。因此，目标信号去除单元130通过使用HRTF 和α κ确定与包括在右声道的目标信号元素a ES相乘的的加权值，从而右声道的目标信号元素与包括在左声道信号\中的目标信号元素α #相同。
[0053]通过下面的等式4来表示通过使用指示目标信号的方向信息的HRTF 和0,确定的目标信号去除单元130的加权值，
[0055]
【权利要求】
1.一种从双声道信号去除噪声的方法，所述方法包括: 接收构成双声道信号的声道信号； 通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号； 从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD)； 通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号； 通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号； 从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基于包括在每个声道信号中的目标信号的方向信息确定所述加权值。
3.如权利要求1所述的方法，其中，估计漫射噪声的PSD的步骤还包括: 估计包括在每个声道信号中的漫射噪声之间的相关性； 估计关于双声道信号的协方差矩阵的最小特征值； 通过使用估计的相关性和最小特征值来估计漫射噪声的PSD。
4.如权利要求1所述的方法，其中， 获得每个声道的包括干扰信号的目标信号的步骤包括:通过将相同的第一漫射噪声去除增益乘以声道信号来从声道信号去除漫射噪声，以便在保持声道信号的方向性的同时去除漫射噪声； 获得每个声道的干扰信号的步骤包括:通过将相同的第二漫射噪声去除增益乘以每个声道的噪声信号来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，以便在保持每个声道的噪声信号的方向性的同时去除漫射噪声。
5.如权利要求4所述的方法，其中，基于每个声道信号的PSD和估计的漫射噪声的PSD获得第一漫射噪声去除增益，基于每个声道的噪声信号的PSD、估计的漫射噪声的PSD和每个声道的目标信号的方向信息获得第二漫射噪声去除增益。
6.如权利要求5所述的方法，其中，通过每个声道信号的第一递归平均获得每个声道信号的PSD，通过每个声道的噪声信号的第一递归平均获得每个声道的噪声信号的PSD。
7.如权利要求1所述的方法，其中，去除干扰信号的步骤包括:通过使用自适应滤波器从每个声道的包括干扰信号的目标信号自适应地去除与干扰信号具有高相关性的信号分量，来去除干扰信号。
8.如权利要求7所述的方法，其中，通过使用归一化最小均方(NLMS)算法来配置自适应滤波器。
9.一种用于从双声道信号去除噪声的噪声去除设备，所述噪声去除设备包括: 接收单元，用于接收构成双声道信号的声道信号； 目标信号去除单元，用于通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号； 漫射噪声估计单元，用于从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD); 第一漫射噪声去除单元，用于通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号； 第二漫射噪声去除单元，用于通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号； 干扰信号去除单元，用于从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号。
10.如权利要求9所述的噪声去除设备，其中，基于包括在每个声道信号中的目标信号的方向信息确定所述加权值。
11.如权利要求9所述的噪声去除设备，其中，漫射噪声估计单元估计包括在每个声道信号中的漫射噪声之间的相关性，估计关于双声道信号的协方差矩阵的最小特征值，并通过使用估计的相关性和最小特征值估计漫射噪声的PSD。
12.如权利要求9所述的噪声去除设备，其中， 第一漫射噪声去除单元通过将相同的第一漫射噪声去除增益乘以声道信号来从声道信号来去除漫射噪声，以便在保持声道信号的方向性的同时去除漫射噪声； 第二漫射噪声去除单元通过将相同的第二漫射噪声去除增益乘以每个声道的噪声信号来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，以便在保持每个声道的噪声信号的方向性的同时去除漫射噪声。
13.如权利要求12所述的噪声去除设备，其中，基于每个声道信号的PSD和估计的漫射噪声的PSD获得第一漫射噪声去除增益，基于每个声道的噪声信号的PSD、估计的漫射噪声的PSD和每个声道的目标信号.的方向信息获得第二漫射噪声去除增益。
14.如权利要求9所述的噪声去除设备，其中，干扰信号去除单元通过使用自适应滤波器从每个声道的包括干扰信号的目标信号自适应地去除与干扰信号具有高相关性的信号分量，来去除干扰信号。
15.—种用于输出去除了噪声的双声道声音的声音输出设备,所述声音输出设备包括: 接收单元，用于接收构成双声道信号的声道信号； 处理器，用于通过从每个声道信号减去乘以加权值的另一声道的信号来从每个声道信号去除目标信号，从而获得每个声道的噪声信号；从每个声道信号估计漫射噪声的功率谱密度(PSD);通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的包括干扰信号的目标信号；通过使用漫射噪声的估计的PSD来从每个声道的噪声信号去除漫射噪声，从而获得每个声道的干扰信号；通过从每个声道的包括干扰信号的目标信号去除干扰信号来获得每个声道的目标信号；基于获得的目标信号获得应用到每个声道信号的输出增益； 增益应用单元，用于将输出增益应用到每个声道信号； 声音输出单元，用于输出应用了输出增益的双声道声音。
16.如权利要求15所述的声音输出设备，其中，增益应用单元将相同的输出增益应用到声道信号，以便在保持每个声道信号的方向性的同时去除噪声。
17.如权利要求15所述的声音输出设备，其中，基于包括在每个声道信号中的目标信号的方向信息确定所述加权值。
18.如权利要求15所述的声音输出设备,其中，处理器估计包括在每个声道信号中的漫射噪声之间的相关性，估计关于双声道信号的协方差矩阵的最小特征值，并通过使用估计的相关性和最小特征值估计漫射噪声的PSD。
19.如权利要求15所述的声音输出设备，其中，处理器通过使用自适应滤波器从每个声道的包括干扰信号的目标信号自适应地去除与干扰信号具有高相关性的信号分量，来去除干扰信号。·
【文档编号】H04R3/04GK103428609SQ201310190123
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年5月22日
【发明者】孙晙壹, 具允书, 金东郁, 金钟珍, 朴荣喆, 李欣哲 申请人:三星电子株式会社, 延世大学校原州算学协力团