专利名称：可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机及降噪方法
技术领域：
本发明涉及话机降噪技术，特别涉及一种可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机、以及一种话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法。
背景技术：
例如IP话机等各类固定话机的麦克风(Microphone)通常对其近端的信号采集能力要强于对远端信号的采集能力。当使用话机手柄通话时，置于话机手柄的受话器(Handset Microphone)由于靠近声源、并具有明确的指向性(即指向声源)，因而受话器所采集到的近端的语音信号会较强，而其采集到的远端的噪声信号会被大幅削弱。但当使用免提模式通话时，置于话机机座的免提麦克风(HandfreeMicrophone) 通常会远离声源、且不具有明确的指向性，因而在话机所处环境的背景噪声较大的情况下， 免提麦克风除了能够采集到远端的语音信号之外，还会采集到较大幅度的近端噪声信号， 从而使语音信号的强度被大幅削弱，进而降低通话语音质量、影响通话对端的收听效果。为了解决话机在免提模式下的上述问题，现有技术中利用麦克风阵列增强免提模式下所采集的语音信号。例如，以120度的间隔角度设置3个免提麦克风，并通过对3个免提麦克风所采集的不同角度信号来消除噪声信号。然而，采用麦克风阵列的方式，虽然能够在一定程度上增强对免提模式下语音信号的降噪处理能力，但由此会导致话机的体积增大、硬件以及结构的设计复杂度增加，话机成本也会大幅上升。可见，现有技术无法同时兼顾话机免提麦克风所输入语音信号的降噪、以及话机的成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机、以及一种话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法，能够同时兼顾话机免提麦克风所输入语音信号的降噪、以及话机的成本。本发明提供的一种可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机，包括可在免提模式下开启的免提麦克风，其置于话机机座；可与免提麦克风同时开启的受话器，其置于话机手柄；处理器，其在免提模式下同时接收免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号、以及受话器采集的近端噪声信号；通过数字处理技术，利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号。该话机进一步通过第一控制器控制受话器与免提麦克风在话机进入免提模式时同步开启，或者，受话器持续开启状态、并进一步通过第二控制器在话机进入免提模式时控制受话器与处理器导通。
话机机座的挂接底板下方进一步开设有空腔，该空腔的入口位于话机机座的侧壁、出口位于该挂机底板并对准所述受话器。所述空腔的入口远离、和/或背向置于话机机座的免提喇叭。所述挂接底板的上表面，在对应所述受话器的位置处进一步具有凸起，该凸起支撑话机手柄置有受话器的一端、使受话器与位于所述挂接底板的空腔出口之间保持预定的间隙。所述处理器包括第一模数转换单元、第一加窗处理单元、第一傅立叶变换单元、 功率放大单元、相位提取单元、第二模数转换单元、第二加窗处理单元、第二傅立叶变换单元、自适应滤波单元、频域分量运算单元、傅立叶逆变换单元、直流块滤波单元、回波消除单元、以及语音编码单元，其中，免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号依次经第一模数转换单元转换为数字信号、第一加窗处理单元的加窗处理、第一傅立叶变换单元转换为带噪语音频域分量、以及功率放大单元的功率放大处理后，输出至频域分量运算单元；受话器采集的近端噪声信号依次经第二模数转换单元转换为数字信号、第二加窗处理单元的加窗处理、第二傅立叶变换单元转换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波单元的自适应滤波处理后，输出至频域分量运算单元；频域分量运算单元将功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并将得到的语音频域分量输出至傅立叶逆变换单元；傅立叶逆变换单元利用相位提取单元从第一傅立叶变换单元得到的带噪语音频域分量的相位，对语音频域分量进行傅立叶逆变换，傅立叶逆变换得到的语音信号依次经直流块滤波单元的滤波处理、回波消除单元的回波处理、以及语音编码单元的编码后向通话对端输出。本发明提供的一种话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法，该降噪方法使话机的受话器与免提麦克风在免提模式下同时开启，并在免提模式下执行如下步骤接收免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号、以及受话器采集的近端噪
声信号；通过数字处理技术，利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号。所述受话器与免提麦克风在话机进入免提模式时同步开启，或者，所述受话器在话机通电过程中持续开启状态。受话器采集的近端噪声信号，来自于话机机座的挂接底板下方的空腔，该空腔的入口位于话机机座的侧壁、出口位于该挂机底板并对准所述受话器。所述空腔的入口远离、和/或背向置于话机机座的免提喇叭。受话器采集的来自所述空腔的近端噪声信号，进一步经过空腔出口与受话器之间的预设间隙到达受话器。所述利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号包括步骤a，依次将免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号转换为数字信号、 进行加窗处理、经傅立叶变换为带噪语音频域分量、以及功率放大处理；
与步骤a同步执行的步骤b，依次将受话器采集的近端噪声信号转换为数字信号、 进行加窗处理、经傅立叶变换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波处理；步骤c，将步骤a中功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去步骤b中自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并利用带噪语音频域分量的相位将得到的语音频域分量经傅立叶逆变换后得到语音信号，再将该语音信号依次经回波处理、以及编码后向通话对端输出。由上述技术方案可见，本发明在话机需要采用免提模式通话而开启其免提麦克风的同时，还开启话机手柄的受话器，由于免提模式下的声源通常会远离话机，因而免提麦克风能够采集到话机近端噪声信号和远端语音信号，而具有明确指向性的话机手柄的受话器则基本上仅能够采集到话机近端的噪声信号、而无法采集到远端语音信号，从而无需增设任何硬件，即可利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号，进而在实现话机免提麦克风所输入语音信号的降噪的同时，还能够兼顾到话机的成本。进一步地，本发明可以在话机机座的挂接底板下方开设一空腔，该空腔的入口话机机座的侧壁、出口位于该挂机底板并对准受话器，从而能够将话机近端的噪声信号更好地导入至受话器，进而能够更好地利用受话器的指向性，使受话器能够尽可能多地采集到话机近端的噪声信号，相应地，也就能够使免提麦克风采集的近端噪声信号被尽可能多的抵消；较佳地，设置空腔的入口远离、和/或背向置于话机机座的免提喇叭，从而能够使受话器尽可能少地采集到免提喇叭所传出的由通话对端回应的语音信号，以使受话器采集到的话机近端的噪声信号不受干扰、更为准确，进而使免提麦克风所采集到的近端噪声信号能够准确地被抵消，进而提高语音信号质量。再进一步地，本发明还可以设置话机手柄的受话器与位于挂接底板的空腔出口之间保持预定的间隙，从而使话机手柄受话器采集到的近端噪声信号更接近免提麦克风所采集到的近端噪声信号的声学模型，以使免提麦克风所采集到的近端噪声信号能够更为准确地被抵消，再进一步地提高语音信号质量。
图1为本发明实施例中话机外形俯视方向的示意图；图加为本发明实施例中话机于受话器模式的工作原理示意图；图2b为本发明实施例中话机于免提模式下的工作原理示意图；图3a为本发明实施例中话机内部的一电路结构示意图；图北为本发明实施例中话机内部的另一电路结构示意图；
图4为图1所示话机的话机机座A-A剖视图；图5为图4所示空腔的入口和出口分布示意图；图6为图2及图3a和图北中示出的处理器的内部结构示意图；图7为本发明实施例中的降噪方法的示例性流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。首先，对本实施例中可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机进行详细说明。如图1和图加和图2b所示，本实施例中可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机包括话机机座100 ；置于话机机座100的免提麦克风101、以及免提喇叭102，免提麦克风101、以及免提喇叭102均在免提模式下处于开启状态；话机机座100的挂接底板110 ； 放置于挂接底板100的话机手柄200 ；置于话机手柄200 —端的受话器201，受话器201既可在受话器通话模式下处于开启状态、也可在免提模式下处于开启状态；其中，当话机进入受话器通话模式时，受话器201由于靠近声源、并具有明确的指向性，因而受话器201所采集到的近端的语音信号会较强，而其采集到的远端的噪声信号会被大幅削弱；而当受话器201在免提模式下与免提麦克风101同时开启后，由于免提模式下的声源通常会远离话机，因而免提麦克风101能够采集到话机近端噪声信号和远端语音信号，而具有明确指向性的话机手柄200的受话器201则基本上仅能够采集到话机近端的噪声信号、而无法采集到远端语音信号；处理器400，其在话机进入受话器通话模式时，对受话器201采集到的语音信号进行处理后输出；而在话机进入免提模式时，接收免提麦克风101采集的远端语音信号和近端噪声信号、以及受话器201采集的近端噪声信号，并通过数字处理技术，利用受话器201 采集的近端噪声信号抵消免提麦克风101采集的全部或部分近端噪声信号。如上可见，本实施例中利用话机中必备的处理器400即可实现话机免提麦克风 101所输入语音信号的降噪，从而只需在例如DSP等处理器400中设置相应数字处理算法， 而无需再增设任何硬件，从而在实现话机免提麦克风所输入语音信号的降噪的同时，还能够兼顾到话机的成本。实际应用中，受话器201可以在话机通电时持续保持开启状态，从而既可在受话器通话模式下处于开启状态、也可在免提模式下处于开启状态；或者，受话器201还可以与免提麦克风101以及免提喇叭102同步开启。如图3a所示，对于受话器201在话机通电时持续保持开启状态的情况，话机中可以进一步包括一控制器300a，该控制器300a能够在话机进入受话器通话模式时(例如接收到话机手柄200被摘起所产生的信号)，控制受话器201的输出与处理器400导通；还在话机进入免提模式时(例如接收到话机机座100所设置的对应按键被按下时所产生的信号)， 控制受话器201的输出与处理器400导通，使处理器400能够在话机进入免提模式时接收到受话器201采集的近端噪声信号；如图北所示，对于受话器201与免提麦克风101以及免提喇叭102同步开启的情况，话机中可以进一步包括一控制器300b，该控制器300b能够在话机进入受话器通话模式时(例如接收到话机手柄200被摘起所产生的信号)，触发受话器201开启；还能够在话机进入免提模式时(例如接收到话机机座100所设置的对应按键被按下时所产生的信号)，触发免提麦克风101以及免提喇叭102开启，并同时触发受话器201开启；也就是说，在话机手柄200被摘起时、以及免提麦克风101被开启时，控制器300b均会触发受话器201开启。当然，为了实现更好的降噪效果，本实施例还可以对话机机座100的结构进行改进。参见图4并结合图1，话机机座100的挂接底板110下方进一步开设有空腔500， 该空腔的入口 501位于话机机座100的侧壁、出口 502位于该挂机底板110并对准受话器 201，这样，能够将话机近端的噪声信号更好地导入至受话器201，从而能够更好地利用受话器201的指向性，使受话器201能够尽可能多地采集到话机近端的噪声信号，进而，也就使免提麦克风101采集的近端噪声信号被尽可能多的抵消；而且，本实施例中所设置空腔500的入口 501远离并背向免提喇叭102，即空腔 500的入口 501位于话机机座100的左侧、免提喇叭102位于话机机座100的右侧，这样， 即可使受话器201尽可能少地采集到免提喇叭102所传出的由通话对端回应的语音信号， 即消除声学回波效应，以使受话器201采集到的话机近端的噪声信号不受干扰、更为准确， 进而使免提麦克风101所采集到的近端噪声信号能够准确地被抵消，进而提高语音信号质量；当然，空腔500的入口 501位置和免提喇叭102的位置也可以采用其他方式设置，只要保证空腔500的入口 501远离、和/或背向免提喇叭102均可产生类似的效果。实际应用中，上述空腔500的入口 501和出口 502均可设置为多个圆孔、并可采用如图5所示的方式布置。仍参见图4(图中省略了剖面线)并结合图1，挂接底板110的上表面，在对应受话器201的位置处进一步具有凸起120，该凸起120支撑话机手柄200置有受话器201的一端、使受话器201与空腔500出口 502之间保持预定的间隙，这样，即可使空腔500出口 502 传出的噪声信号经过一定距离传输后再到达受话器201、而非直接到达受话器201，从而使受话器201采集到的近端噪声信号更接近免提麦克风101所采集到的近端噪声信号的声学模型，以使免提麦克风101所采集到的近端噪声信号能够更为准确地被抵消，再进一步地提高语音信号质量。此外，本实施例还提供了一种处理器400的较佳实现方式，具体参见图6，处理器 400的内部可以包括第一模数转换单元411、第一加窗处理单元412、第一傅立叶变换单元 413、功率放大单元414、相位提取单元415、第二模数转换单元421、第二加窗处理单元422、 第二傅立叶变换单元423、自适应滤波(Adaptive Filter)单元424、频域分量运算单元 431、傅立叶逆变换单元432、直流块滤波(DC Block Filter)单元433、回波消除单元434、 以及语音编码单元435，其中，免提麦克风101采集的远端语音信号和近端噪声信号依次经第一模数转换单元 411转换为数字信号、第一加窗处理单元412的加窗处理、第一傅立叶变换单元413转换为带噪语音频域分量、以及功率放大单元414的功率放大处理后，输出至频域分量运算单元 431 ；受话器201采集的近端噪声信号依次经第二模数转换单元421转换为数字信号、 第二加窗处理单元422的加窗处理(经加窗处理后的噪声信号即可与带噪声语音信号中的噪声信号基本一致)、第二傅立叶变换单元423转换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波单元424的自适应滤波处理后，输出至频域分量运算单元431 ；频域分量运算单元431将功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并将得到的语音频域分量输出至傅立叶逆变换单元432 ；傅立叶逆变换单元432利用相位提取单元415从第一傅立叶变换单元413得到的带噪语音频域分量的相位，对语音频域分量进行傅立叶逆变换，傅立叶逆变换得到的语音信号依次经直流块滤波单元433的滤波处理、回波消除单元434的回波处理、以及语音编码单元435的编码后，即可通过话机的驱动向通话对端输出。下面，再对本实施例中的话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法进行详细说明。图7为本发明实施例中的降噪方法的示例性流程图。如图6所示，本实施例中的话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法包括如下步骤步骤700，使受话器在免提模式下与免提麦克风同时开启。本步骤中，可以控制受话器与免提麦克风在话机进入免提模式时同步开启，也可以设置受话器在话机通电时持续保持开启状态。本步骤中，受话器在免提模式下与免提麦克风同时开启，由于免提模式下的声源通常会远离话机，因而从本步骤开始，免提麦克风能够采集到话机近端噪声信号和远端语音信号，而具有明确指向性的话机手柄的受话器则基本上仅能够采集到话机近端的噪声信号、而无法采集到远端语音信号。步骤701，在免提模式下，接收免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号、 以及受话器采集的近端噪声信号。步骤702，通过数字处理技术，利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号。本步骤中的具体处理过程可以包括步骤a，依次将免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号转换为数字信号、 进行加窗处理、经傅立叶变换为带噪语音频域分量、以及功率放大处理；与步骤a同步执行的步骤b，依次将受话器采集的近端噪声信号转换为数字信号、 进行加窗处理、经傅立叶变换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波处理；步骤c，将步骤a中功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去步骤b中自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并利用带噪语音频域分量的相位将得到的语音频域分量经傅立叶逆变换后得到语音信号，再将该语音信号依次经直流块滤波处理、回波处理、以及编码后向通话对端输出。至此，本流程结束。另需要说明的是，上述步骤701 702是实时执行的循环过程。上述流程能够由话机中必备的控制器和处理器(或二者的集成体)执行，因而无需再增设任何硬件，从而在实现话机免提麦克风所输入语音信号的降噪的同时，还能够兼顾到话机的成本。在实现上述方法时，可以同时结合前文所述的对话机机座的结构改进，S卩，使受话器采集的近端噪声信号来自于前文所述的话机机座的挂接底板下方的空腔，以及，使受话器采集的来自所述空腔的近端噪声信号，进一步经过空腔出口与受话器之间的预设间隙到达受话器，从而能够产生前文所述的进一步效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原贝IJ之内，所作的扭可修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机，其特征在于，包括；可在免提模式下开启的免提麦克风，其置于话机机座；可与免提麦克风同时开启的受话器，其置于话机手柄；处理器，其在免提模式下同时接收免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号、 以及受话器采集的近端噪声信号；通过数字处理技术，利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号。
2.如权利要求1所述的话机，其特征在于，该话机进一步通过第一控制器控制受话器与免提麦克风在话机进入免提模式时同步开启，或者，受话器持续开启状态、并进一步通过第二控制器在话机进入免提模式时控制受话器与处理器导通。
3.如权利要求1所述的话机，其特征在于，话机机座的挂接底板下方进一步开设有空腔，该空腔的入口位于话机机座的侧壁、出口位于该挂机底板并对准所述受话器。
4.如权利要求3所述的话机，其特征在于，所述空腔的入口远离、和/或背向置于话机机座的免提喇叭。
5.如权利要求3或4所述的话机，其特征在于，所述挂接底板的上表面，在对应所述受话器的位置处进一步具有凸起，该凸起支撑话机手柄置有受话器的一端、使受话器与位于所述挂接底板的空腔出口之间保持预定的间隙。
6.如权利要求1所述的话机，其特征在于，所述处理器包括第一模数转换单元、第一加窗处理单元、第一傅立叶变换单元、功率放大单元、相位提取单元、第二模数转换单元、第二加窗处理单元、第二傅立叶变换单元、自适应滤波单元、频域分量运算单元、傅立叶逆变换单元、直流块滤波单元、回波消除单元、以及语音编码单元，其中，免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号依次经第一模数转换单元转换为数字信号、第一加窗处理单元的加窗处理、第一傅立叶变换单元转换为带噪语音频域分量、以及功率放大单元的功率放大处理后，输出至频域分量运算单元；受话器采集的近端噪声信号依次经第二模数转换单元转换为数字信号、第二加窗处理单元的加窗处理、第二傅立叶变换单元转换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波单元的自适应滤波处理后，输出至频域分量运算单元；频域分量运算单元将功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并将得到的语音频域分量输出至傅立叶逆变换单元；傅立叶逆变换单元利用相位提取单元从第一傅立叶变换单元得到的带噪语音频域分量的相位，对语音频域分量进行傅立叶逆变换，傅立叶逆变换得到的语音信号依次经直流块滤波单元的滤波处理、回波消除单元的回波处理、以及语音编码单元的编码后向通话对端输出。
7.一种话机免提麦克风输入语音信号的降噪方法，其特征在于，该降噪方法使话机的受话器与免提麦克风在免提模式下同时开启，并在免提模式下执行如下步骤接收免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号、以及受话器采集的近端噪声信号；通过数字处理技术，利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号。
8.如权利要求7所述的降噪方法，其特征在于，所述受话器与免提麦克风在话机进入免提模式时同步开启，或者，所述受话器在话机通电过程中持续开启状态。
9.如权利要求7所述的降噪方法，其特征在于，受话器采集的近端噪声信号，来自于话机机座的挂接底板下方的空腔，该空腔的入口位于话机机座的侧壁、出口位于该挂机底板并对准所述受话器。
10.如权利要求9所述的降噪方法，其特征在于，所述空腔的入口远离、和/或背向置于话机机座的免提喇叭。
11.如权利要求9或10所述的降噪方法，其特征在于，受话器采集的来自所述空腔的近端噪声信号，进一步经过空腔出口与受话器之间的预设间隙到达受话器。
12.如权利要求7所述的降噪方法，其特征在于，所述利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号包括步骤a，依次将免提麦克风采集的远端语音信号和近端噪声信号转换为数字信号、进行加窗处理、经傅立叶变换为带噪语音频域分量、以及功率放大处理；与步骤a同步执行的步骤b，依次将受话器采集的近端噪声信号转换为数字信号、进行加窗处理、经傅立叶变换为近端噪声频域分量、以及自适应滤波处理；步骤c，将步骤a中功率放大处理后的带噪语音频域分量，减去步骤b中自适应滤波处理后的近端噪声频域分量，并利用带噪语音频域分量的相位将得到的语音频域分量经傅立叶逆变换后得到语音信号，再将该语音信号依次经回波处理、以及编码后向通话对端输出。
全文摘要
本发明公开了一种可实现免提麦克风输入语音信号降噪的话机及降噪方法。本发明在话机需要采用免提模式通话而开启其免提麦克风的同时，还开启话机手柄的受话器，由于免提模式下的声源通常会远离话机，因而免提麦克风能够采集到话机近端噪声信号和远端语音信号，而具有明确指向性的话机手柄的受话器则基本上仅能够采集到话机近端的噪声信号、而无法采集到远端语音信号，从而无需增设任何硬件，即可利用受话器采集的近端噪声信号抵消免提麦克风采集的全部或部分近端噪声信号，进而在实现话机免提麦克风所输入语音信号的降噪的同时，还能够兼顾到话机的成本。
文档编号G10L21/02GK102340562SQ201010236109
公开日2012年2月1日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者冯声威, 马年磊 申请人:杭州华三通信技术有限公司