一种高清晰度动态降噪拾音器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高清晰度动态降噪拾音器及动态降噪方法，动态降噪系统包括信号依次处理连接的麦克风信号输出端、编解码器、高通滤波器及分析滤波器，其中：所述分析滤波器连接有功率谱计算模块和噪声抑制模块，所述功率谱计算模块连接有子带信号估计模块和初级噪声估计模块，所述初级噪声估计模块连接次级噪声估计模块，所述子带信号估计模块和次级噪声估计模块连接子带增益计算模块，所述子带增益计算模块连接噪声抑制模块，本发明具有噪声抑制能力强，语音清晰度高的特点，采用二级噪声包络估计，能有效避免降噪处理时的语音衰减，且显著提高了语音清晰度，本发明可广泛应用于声音降噪，提高声音清晰度技术领域。
【专利说明】
一种高清晰度动态降噪拾音器
技术领域
[0001]本发明涉及拾音器降噪结构及降噪方法领域，特别是一种高清晰度动态降噪拾音器。
【背景技术】
[0002]目前的拾音器按拾音方式分成以下两种:一种是普通麦克风，普通麦克风通过直接拾取声波实现拾音，因此很容易受周边环境影响而窜入噪声；另一种是接触式麦克风，接触式麦克风使用时必须与人体肌肤紧密接触，通过吸收人体发声时肌肤产生的振动实现拾音，接触式麦克风虽然能滤去周边环境大部分的噪声，但是由于使接触式麦克风紧密接触人体肌肤的部件会吸收周围空气振动，并将周围空气振动传递给接触式麦克风，因此接触式麦克风的背景噪声依然较大。
[0003]由于环境噪声对声音信号存在较大的干扰，严重影响语音的辨识度，甚至使拾音器失去意义，因此需要对拾音器及降噪方法做更优化的设计改进。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种具有噪声抑制能力强的，语音清晰度高的高清晰度动态降噪拾音器及动态降噪方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种高清晰度动态降噪拾音器，包括信号依次处理连接的麦克风信号输入端、编解码器、高通滤波器及分析滤波器，其中:所述分析滤波器的输出信号连接有功率谱计算模块和噪声抑制模块，所述功率谱计算模块的输出信号连接有子带信号估计模块和初级噪声估计模块，所述初级噪声估计模块输出信号连接次级噪声估计模块，所述子带信号估计模块和次级噪声估计模块的输出信号端连接子带增益计算模块，所述子带增益计算模块的输出信号连接噪声抑制模块，所述噪声抑制模块的输出信号依次连接合成滤波器、编解码器及收听接口。
[0006]作为本发明的进一步改进:所述编解码器的输入端取样率为16KHz，取样精度为16bit0
[0007]作为本发明的进一步改进:所述高通滤波器的截止频率为20Hz。
[0008]作为本发明的进一步改进:一种高清晰度拾音器的动态降噪方法，其中:包括以下信号处理步骤:
I)麦克风采集的声音信号经过编解码器转为数字化信号，数字化信号首先经过高通滤波器去除去直流成份，然后分析滤波器转化为频域子带信号x(k)。
[0009]2)频域子带信号X(k)，经功率谱计算模块，得到子带信号功率谱，同时采用单极点递归模型动态对子带的信号包络估计和噪声包络估计，因此子带信号功率谱经子带信号估计模块得出对应时间的子带信号包络估计值，其中子带的信号包络估计模型为:
envS(i) = Xs(i) + Alpha * [envS(i_l)-Xs(i)]-----信号包络上升时； envS(i) = Xs(i) + Beta * [envS(1-l)-Xs(i)]-----信号包络跌落时；
其中i为时间索引，envS(i)为当前信号包络估计值，envS(1-l)为上一个信号包络值；Xs(i)为当前频域子带信号的功率谱幅值;Alpha和Beta分别为信号上升、跌落段的时间常数；
同时为了确保噪声估计的收敛性，防止过度压缩语音成分，保证语音清晰度，子带信号功率谱经用于估算语音活动性的初级噪声估计模块及用于仅在非活动语音的子带进行噪声幅度更新的次级噪声估计模块得到子带噪声估计包络值；
4)对应时间的子带信号包络估计值及子带噪声估计包络值经子带增益模块得到对应时间的信号增益值G(k);
5)子带信号X(k)及信号增益值G(k)经噪声抑制模块后得到噪声被抑制的频域信号，噪声被抑制的频域信号经合成滤波器得到噪声被抑制的时域信号，噪声被抑制的时域信号经编解码器输出到收听接口。
[0010]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明通过对声音信号进行系统化过滤分析处理，采用科学合理的信号及噪声包络统计方法，能够有效抑制噪声功率，设置有二级噪声估计模块，经初级噪声估计模块用于估算语音活动性，经次级噪声估计模块仅在非活动语音的子带进行噪声幅度更新，这样有效避免了降噪处理时的语音衰减，显著提高了语音清晰度，本发明可广泛应用于声音降噪，提高声音清晰度技术领域。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]现结合【附图说明】与实施例对本发明进一步说明:
一种高清晰度动态降噪拾音器，包括信号依次处理连接的麦克风信号输入端、编解码器、高通滤波器及分析滤波器，其中:所述分析滤波器的输出信号连接有功率谱计算模块和噪声抑制模块，所述功率谱计算模块的输出信号连接有子带信号估计模块和初级噪声估计模块，所述初级噪声估计模块输出信号连接次级噪声估计模块，所述子带信号估计模块和次级噪声估计模块的输出信号端连接子带增益计算模块，所述子带增益计算模块的输出信号连接噪声抑制模块，所述噪声抑制模块的输出信号依次连接合成滤波器、编解码器及收听接口。
[0013]所述编解码器的输入端取样率为16KHz，取样精度为16bit，通过编解码器把模拟信号量化为数字信号，便于数字信号处理。
[0014]所述高通滤波器的截止频率为20Hz，用于去除信号中的直流成份，防止后续信号估计的发散。
[0015]—种高清晰度拾音器的动态降噪方法，其中:包括以下信号处理步骤:
I)麦克风采集的声音信号经过编解码器转为数字化信号，数字化信号首先经过高通滤波器去除去直流成份，然后分析滤波器转化为频域子带信号X(k)。
[0016]2)频域子带信号X(k)，经功率谱计算模块，得到子带信号功率谱，同时采用单极点递归模型动态对子带的信号包络估计和噪声包络估计，因此子带信号功率谱经子带信号估计模块得出对应时间的子带信号包络估计值，其中子带的信号包络估计模型为:
envS(i) = Xs(i) + Alpha * [envS(i_l)-Xs(i)]-----信号包络上升时；
envS(i) = Xs(i) + Beta * [envS(1-l)-Xs(i)]-----信号包络跌落时；
其中i为时间索引，envS(i)为当前信号包络估计值，envS(1-l)为上一个信号包络值；Xs(i)为当前频域子带信号的功率谱幅值;Alpha和Beta分别为信号上升、跌落段的时间常数；
同时为了确保噪声估计的收敛性，防止过度压缩语音成分，保证语音清晰度，子带信号功率谱经用于估算语音活动性的初级噪声估计模块及用于仅在非活动语音的子带进行噪声幅度更新的次级噪声估计模块得到子带噪声估计包络值；
4)对应时间的子带信号包络估计值及子带噪声估计包络值经子带增益模块得到对应时间的信号增益值G(k)，子带增益计算模块是噪声抑制的主要单元，其原理是通过估计结果，先计算各频域子带的信噪比，然后根据维纳滤波理论，通过信噪比计算各子带的增益值，记为G(k)；
5)子带信号X(k)及信号增益值G(k)经噪声抑制模块后得到噪声被抑制的频域信号，噪声被抑制的频域信号经合成滤波器得到噪声被抑制的时域信号，噪声被抑制的时域信号经编解码器输出到收听接口，对于信噪比较低的子带给予较大的衰减，而对于信噪比较高的子带给予较小的衰减，将这些信号增益与子带信号相乘，从而实现了噪声的抑制功能。
[0017]综上所述，本领域的普通技术人员阅读本发明文件后，根据本发明的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出其他各种相应的变换方案，均属于本发明所保护的范围。
【主权项】
1.一种高清晰度动态降噪拾音器，包括信号依次处理连接的麦克风信号输入端、编解码器、高通滤波器及分析滤波器，其特征在于:所述分析滤波器的输出信号连接有功率谱计算模块和噪声抑制模块，所述功率谱计算模块的输出信号连接有子带信号估计模块和初级噪声估计模块，所述初级噪声估计模块输出信号连接次级噪声估计模块，所述子带信号估计模块和次级噪声估计模块的输出信号端连接子带增益计算模块，所述子带增益计算模块的输出信号连接噪声抑制模块，所述噪声抑制模块的输出信号依次连接合成滤波器、编解码器及收听接口。2.根据权利要求1所述的一种高清晰度动态降噪拾音器，其特征在于:所述编解码器的输入端取样率为16KHz，取样精度为16b i t。3.根据权利要求2所述的一种高清晰度动态降噪拾音器，其特征在于:所述高通滤波器的截止频率为20Hz。4.一种高清晰度拾音器的动态降噪方法，其特征在于:包括以下信号处理步骤: 1)麦克风采集的声音信号经过编解码器转为数字化信号，数字化信号首先经过高通滤波器去除去直流成份，然后分析滤波器转化为频域子带信号X(k)。 2)频域子带信号X(k)，经功率谱计算模块，得到子带信号功率谱，同时采用单极点递归模型动态对子带的信号包络估计和噪声包络估计，因此子带信号功率谱经子带信号估计模块得出对应时间的子带信号包络估计值，其中子带的信号包络估计模型为: envS(i) = Xs(i) + Alpha * [envS(i_l)-Xs(i)]-----信号包络上升时； envS(i) = Xs(i) + Beta * [envS(1-l)-Xs(i)]-----信号包络跌落时； 其中i为时间索引，envS(i)为当前信号包络估计值，envS(1-l)为上一个信号包络值；Xs(i)为当前频域子带信号的功率谱幅值;Alpha和Beta分别为信号上升、跌落段的时间常数； 同时为了确保噪声估计的收敛性，防止过度压缩语音成分，保证语音清晰度，子带信号功率谱经用于估算语音活动性的初级噪声估计模块及用于仅在非活动语音的子带进行噪声幅度更新的次级噪声估计模块得到子带噪声估计包络值； 4)对应时间的子带信号包络估计值及子带噪声估计包络值经子带增益模块得到对应时间的信号增益值G(k); 5)子带信号X(k)及信号增益值G(k)经噪声抑制模块后得到噪声被抑制的频域信号，噪声被抑制的频域信号经合成滤波器得到噪声被抑制的时域信号，噪声被抑制的时域信号经编解码器输出到收听接口。
【文档编号】H04R1/08GK106060717SQ201610354629
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】卢中青
【申请人】广东睿盟计算机科技有限公司