一种对voip系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种对V0IP系统双向双工免提语音进行噪音消 除的方法。
【背景技术】
[0002] VOIP(VoiceoverInternetProtocol)是一种透过互联网或其他IP网络来实现 电话通讯的新型网络技术。近年来，随着互联网日渐普及，IP电话也开始应用于固网通信， 其低通话成本、低建设成本、易扩充性及日渐优良化的通话质量等主要特点，被目前国际电 信企业看成是传统电信业务的有力竞争者。
[0003] V0IP通话过程中噪声产生的原因复杂，形式多样，主要可分为加性噪声、声学回声 和混响。加性噪声一般可分为三方面，人为噪声、自然噪声和内部噪声。人为噪声一般来自 其他信号源，如开关接触噪声，摩擦噪声等。自然噪声是指自然界中存在的各种电磁波源， 如大气电暴，宇宙噪声等。内部噪声是指系统内部自己产生的噪声，如电流干扰，电磁辐射 噪声等。声学回声是由扬声器与麦克风之间的耦合所产生。通常情况下麦克风会反射本地 扬声器的音频信号，从而产生声学回声，导致通话质量严重受损，甚至产生啸叫损坏设备。 混响噪声是由声音的反射特性产生的，声波在室内传播时，会被墙壁、天花板等障碍物反射 多次，从而产生混响，混响能够产生谱失真，使得语音可懂度得到损害。
[0004] 人发出的声音频率大约在100Hz到3500Hz之间，其中基准音区在500Hz到1200Hz 之间，人耳能听到的声音频率范围为20Hz到20000Hz。从频谱特性看，噪声的频率贯穿20Hz 到20000Hz，但是低频噪声为多。
[0005]NS(NoiseSuppression)技术可以有效的排除和减少声学噪声的影响。传统数字 噪声抑制方法为动态数字降噪和双MIC降噪。动态数字噪声抑制方法为动态分析麦克风采 集音频，把采集数据建模为纯净语音和噪声的叠加，分析噪声数据来控制麦克风采集音量 的大小，从而达到减小噪声对通话的影响，但同时也会降低通话音量，损坏用户体验。双MIC 降噪是利用两个MIC，主MIC离嘴较近，主要采集通话音频，另一个为消噪MIC，主要采集环 境噪音，采集完成后主MIC的数据和消噪MIC数据进行对比消噪处理。双MIC消噪是利用 两个MIC上的信号强度有差异来进行消噪，但如果两个MIC采集到相似的信号强度，会使正 常通话声音大幅衰减，从而导致通话质量下降，并且双MIC消噪还会增加硬件成本。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种对V0IP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，能够有 效抑制和消除噪音，且无需在VoIP系统外新增加硬件。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
[0008] -种对V0IP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，包括以下步骤：
[0009] 1)动态的从麦克风采集音频帧数据，对采集到的音频帧数据加窗，判断短时能量 和短时过零率是否达到阈值，如没有达到则修改为舒缓白噪声，反之则进行下一步；
[0010] 2)通过快速傅立叶正变化将离散时域数字信号转换为频域数字信号，分别计算其 低频段功率和高频段功率，如低频段功率不小于2倍的高频段功率则修改为舒缓白噪声， 反之则进行下一步；
[0011] 3)对音频率小于300Hz、大于2000Hz的语音帧进行信号衰减处理；
[0012] 4)通过傅立叶逆变换将频域数字信号还原成离散时域音频信号。
[0013] 进一步的，所述步骤1)中信号lx(η)}的短时能量表达式为
其中η 表示时域信号加窗的起点，Ν表示加窗的长度；所述步骤1)中信号|χ(η)}的短时过零率指 每帧内信号通过零值的次数，计算公式爻 -----
f
其中sgn[·]是符号函数，艮| 〇
[0014] 进一步的，所述步骤2)中的傅立叶变换定义为· 其 ， 中N表示加窗的长度。
[0015] 进一步的，所述步骤3)中的衰减处理为线性衰减，公式， 其 9
中sn为频域数字信号，d= 10U，扎为频宽，其计算公式戈 其中Hsr为采样 ， 率，N表示加窗的长度。
[0016] 进一步的，所述步骤4)中的傅立叶逆变换定义为
[0017] 本发明通过动态采样建模、剥离非语音帧、线性衰减噪声音帧的方式达到了动态 实时抑制通话噪音的目的，并且本发明对正常语音信号无衰减，不用增加硬件成本，大大的 提高了用户的使用感受。
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的流程图；
[0019] 图2为本发明的去噪前图；
[0020] 图3为本发明的去噪后图。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0022] 实施例1
[0023] -种对V0IP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，包括以下步骤：
[0024]1)动态的从麦克风采集音频帧数据，对采集到的音频帧数据加窗，判断短时能量 和短时过零率是否达到阈值，如没有达到则修改为舒缓白噪声，反之则进行下一步；
[0025] 2)通过快速傅立叶正变化将离散时域数字信号转换为频域数字信号，分别计算其 低频段功率和高频段功率，如低频段功率不小于2倍的高频段功率则修改为舒缓白噪声， 反之则进行下一步；
[0026] 3)对音频率小于300Hz、大于2000Hz的语音帧进行信号衰减处理；
[0027] 4)通过傅立叶逆变换将频域数字信号还原成离散时域音频信号。
[0028] 步骤1)中的短时能量可以有效判断信号幅度大小，是判断音频帧是否为语音帧 的重要指标，对于信号lx (η)}，其短时能量计算公式如下：
[0029]
其中h(n) = w 2(η)表示在 时域信号的第η个点开始加窗时的短时能量。若加窗长度为Ν，则短时能量表达式为
[0030] 步骤1)中信号|χ(η)}的短时过零率指每帧内信号通过零值的次数，计算公式为
其中sgn[·]是
符号函数，即 〇
[0031] 步骤2)中的傅立叶变换定义为 其中 ， N表示加窗的长度。
[0032] 由于正常通话语音频率大多在300-2000HZ之间，而音频率小于300Hz、大于 2000Hz的语音帧属于噪声信号，因此步骤3)对音频率小于300Hz、大于2000Hz的语音帧进 行信号衰减处理，也就是对噪声部分进行处理。
[0033] 步骤3)中的衰减处理为线性衰减，公式为
.. 其中&为频域数
J 字信号，d= 10 Hw为频宽，其计算公式为 其中Hsr为采样率，N表示加窗 9 的大小。
[0034] 步骤4)中的傅立叶逆变换定义为：
[0035] 步骤1)对采集到的原始音频数据进行建模，通过计算短时能量和短时过零率初 步识别语音帧和非语音帧，实现对环境噪声的丢弃。步骤2)通过傅立叶变换对离散时域数 字信号转换为频域数字信号，进行高频段和低频段功率计算比较，进一步识别语音帧和非 语音帧，实现对环境噪声的丢弃。步骤3)对语音帧中的噪声信号进行衰减，达到噪声抑制 的目的。步骤4)通过傅立叶逆变换将频域数字信号还原为离散时域音频信号。流程图如 图1所示。
[0036] 本实施例通过动态采样建模、剥离非语音帧、线性衰减噪声音帧的方式达到了动 态实时抑制通话噪音的目的，并且对正常语音信号无衰减，不用增加硬件成本，大大的提高 了用户的使用感受。消噪前的图如图2所示，消噪后的图如图3所示，区别较为明显。
[0037] 以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的 限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
【主权项】
1. 一种对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，其特征在于：包括以下步 骤： 1) 动态的从麦克风采集音频帧数据，对采集到的音频帧数据加窗，判断短时能量和短 时过零率是否达到阈值，如没有达到则修改为舒缓白噪声，反之则进行下一步； 2) 通过快速傅立叶正变化将离散时域数字信号转换为频域数字信号，分别计算其低频 段功率和高频段功率，如低频段功率不小于2倍的高频段功率则修改为舒缓白噪声，反之 则进行下一步； 3) 对音频率小于300Hz、大于2000Hz的语音帧进行信号衰减处理； 4) 通过傅立叶逆变换将频域数字信号还原成离散时域音频信号。2. 根据权利要求1所述的对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，其特征 在于：所述步骤1)中信号Ix(η)}的短时能量表达式为其中η表示时域信 号加窗的起点，N表示加窗的长度；所述步骤1)中信号|χ(η)}的短时过零率指每帧内信号 通过零值的次数，计算公式为其中sgn[·]是符号函数，即3. 根据权利要求1所述的对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，其特征在于：所述步骤2)中的傅立叶变换定义为* 其 中N表示加窗的长度。4. 根据权利要求1所述的对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，其特征 在于：所述步骤3)中的衰减处理为线性衰减，公式为其中&为频域数 字信号，d = 10 1A Hw为频宽，其计算公式为其中Hsr为采样率，N表示加窗 的长度。5. 根据权利要求1所述的对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法，其特征 在于：所述步骤4)中的傅立叶逆变换定义为
【专利摘要】本发明涉及通讯领域，尤其涉及一种对VOIP系统双向双工免提语音进行噪音消除的方法。本发明通过动态采样建模、剥离非语音帧、线性衰减噪声音帧的方式达到了动态实时抑制通话噪音的目的，并且本发明对正常语音信号无衰减，不用增加硬件成本，大大的提高了用户的使用感受。
【IPC分类】G10L21/0208, H04M7/00
【公开号】CN105427868
【申请号】CN201510731833
【发明人】解玉乐, 周毅
【申请人】杭州乐哈思智能科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月30日