一种能够自动修复声音的语音设备及方法

专利名称：一种能够自动修复声音的语音设备及方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种能够自动修复声音的语音设备及方法。
背景技术：
麦克风设备是一种语音设备，作为传声的媒介，被广泛的运用于各个领域中，其音 质以及效果也显得日渐重要。麦克风的使用，对通俗唱法演唱者显得尤为重要。麦克风可 以扩大音量、放大优点，也可以破坏音色而暴露弱点。通俗唱法中有经验的歌手，不仅会运 用麦克风设备来扩送声音，还要会用麦克风设备来表达感情，体现声音运用技巧。关于音量方面音量的大小控制是麦克风设备使用的关键。一般来说音量要略微 控制一些，即演唱者比平时不用麦克风设备时演唱要音量小一些。这种控制的音量要保持 高、中、低三个声区的和谐统一，因为伴奏音乐始终调在一个音量强度上，如果三个声区的 音量不统一，便会在高音或低音出现或强或弱的声音效果，就影响了歌曲的完整性。有的演 唱者或高音较差，或低音较弱，亦可根据自己的情况，运用麦克风设备离嘴的远近来进行调 节。这种调节还要视音响的灵敏度而定。另外，气声唱法的歌曲，必须将麦克风设备靠近嘴 边，以便更能表现这种唱法的特色。关于呼吸方面呼吸在麦克风设备上的体现是十分灵敏的。尤其是对于灵敏度高 的麦克风设备，轻轻的呼吸通过麦克风设备便发出较大的声响。通俗唱法的歌曲中，有的歌 曲需要有明显的换气声，以帮助表达歌中的情绪，有的更是用气声为主的用嗓方法来演唱 的。这类歌曲，呼吸不仅仅是换气，而是歌唱情感表现的一部分。大部分歌曲，则都需用轻 吸气的方法来换气，以免换气声大而破坏歌曲的流畅和谐，影响观众的欣赏情绪。关于咬字吐字方面由于麦克风设备的灵敏度，咬字过重便会发出“砰砰砰”的噪 声，尤其是“喷口”较重的字，如“背” “怕” “把”等字，字头过重就会产生这种噪音。这个 问题的解决可以多拿麦克风设备进行练习，找到一个准确的角度及麦克风设备与嘴唇的距 离。一般是麦克风设备与身体成45°角，这种姿态也比较随意和自然。拿得太高手臂发僵， 甚至挡住鼻子和脸部，拿太低声音和咬字传不出去，且拘谨。上述几个方面，对于演唱来说要掌握是比较困难的，如果通过对麦克风设备进行 设置能解决上述存在的一些问题，将大大方便用户的使用。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够自动修复声音的语音设备及方法，能提 供自动修复功能，自动调节音量，使得使用者的声音达到最佳的状态。本发明提供的技术方案如下本发明提供一种能够自动修复声音的语音设备，包括话筒、开关、输入端的音频处理模块、红外发射模块、红外接收模块、输出端的音频 处理模块；
所述话筒，用于接收语音信号；所述开关，用于选择系统的工作模式；所述输入端的音频处理模块，用于对输入的语音进行处理；所述红外发射模块，用于将处理好的信号发射；所述红外接收模块，用于接收所述红外发射模块发送的信号；所述输出端的音频处理模块，用于将红外接收模块接收的信号还原为语音信号并处理，输出到音响设备。进一步的，所述输入端的音频处理模块包括AD模块、DSP模块和微控制器；通过AD模块将声音输入到DSP模块中，并且由DSP模块对输入的声音进行自适应 滤波，对输入声音进行优化和降噪，然后在微控制器的控制下发送给音响设备。进一步的，所述AD模块为两个AD模块，具体通过两个AD模块分别将标准声音和 输入声音同时输入到DSP模块中。进一步的，所述DSP模块先对语音信号进行预处理，即第一次的滤波，所述预处理 包括预加重、加窗、端点检测。进一步的，所述DSP模块的预处理过程中，输入是采样得到的原始语音信号，输出 是去除了非语音段的数帧语音信号。本发明还提供一种能够自动修复声音的方法，包括1)通过开关选择录音模式，则可以通过麦克风输入标准声音；2)麦克风设备将标准声音存入存储器内；3)选择演唱模式，演唱者进行声音输入；4)麦克风内部对输入声音进行滤波，用于滤除呼吸急促导致的声音；5)使用既定的自适应滤波程序以标准声音作为参照，对输入声音进行二次滤波， 相当于对实时的声音信号进行校准，确定音量增益，以及音调的微调；6)最后输出经过滤波的声音。进一步的，所述进行滤波由DSP模块进行滤波处理。从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的麦克风设备，能提供自动修复功 能，自动调节音量，不仅可以用于现场的音乐会，同时更能用于现在广为流行的卡拉OK房， 使用所述麦克风可以将演唱者的声音进行美化以及修饰，能达到更好的演唱效果。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明麦克风的整体结构示意图；图2是输入端的音频处理模块示意图；图3是输出端的音频处理模块示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本发明保护的范围。本发明提供了一种能够自动修复声音的语音设备，具有自动修复功能，能够自动 调节音量，并且同时能够滤除由于用户咬字过重而发出的“砰砰砰”的噪声，从而可以方便 用户的使用。本发明提供的麦克风设备内部主要包括存储器、滤波芯片、以及放大输出设备。所述麦克风设备通过开关可选择输入使用者最佳状态时的音色，例如排练时的声 音，以该声音作为标准的参照，并存储在存储器当中。在进行演唱时，演唱者通过麦克风设 备将声音输入到系统内部，经过滤波芯片，对声音进行处理，则可滤除咬字过重而发出的 “砰砰砰”的声音，同时使用自适应滤波对演唱者的即时声音信号与存储器内的标准声音进 行滤波，以确定麦克风的增益，调整音量大小，使得产生出最佳的演唱效果，同时可以纠正 偶尔的音调的不准确，可以降低演唱者的失误率。以下结合附图对本发明实施例进行详细介绍。图1是本发明实施例的整体结构示意图。如图1所示，由麦克风设备的话筒接收语音信号，通过选择开关选择系统的工作 模式，由相应的音频处理模块对输入语音进行处理，然后通过红外模块将处理好的信号传 输至音频接收系统。同样，音频接收系统的红外模块用于接收发送的信号，之后再通过反相 过程将接收的信号还原为语音信号通过扬声器输出，即达到了麦克风的功能。以下介绍相关模块，各模块具体描述如下1、输入端的音频处理模块将输入的声音与标准声音进行比对调整，以达到对输入声音的降噪和滤波。2、红外发射模块将调整好的输入声音发往音响的接收端3、红外接收模块接收红外发射模块发出的音频信号4、输出端的音频处理模块相当于输入端的音频处理模块的逆过程，并对音频进行分离与还原，最终输出到 音响设备发出声音。如图1所示，本发明是以红外线作为声音信号的载波，基本原理与普通射频系统 类似。红外线有一个普通射频系统没有的特性衍射能力、穿透力非常弱，因此在各个相对 独立 空间内的红外线无线麦克风设备之间是不会相互干扰的，在数量上没有使用限制，从 而实现无线麦克风设备和接收机的任意配对。另外红外线具有直线传播，有非常强的反射性能，这就需要使用环境具有基本的 反射面，否则接收机红外接收管的接收窗将无法收到信号。因此红外线无线麦克风设备及 其接收机一般不适于在开放的环境下使用(如户外，面积很大的阶梯教室等)，而在中小相 对密闭的多媒体教室则会有很好的效果。
如图2所示，是本发明输入端的音频处理模块的结构示意图。输入端的音频处理模块用于对输入的声音进行处理。两个AD模块(图中的ADl 和AD2)将标准声音和输入声音同时输入到DSP (本发明中采用TMS5320C 5590A但不局限 于此)当中，并且由DSP对输入的声音进行自适应滤波，对输入声音进行优化和降噪，然后 在微控制器的控制下发送给音响进行输出。输出端的音频处理模块的主要功能是由DSP模块来实现的。
DSP模块必须首先对由话筒输入的语音信号进行预处理，即第一次的滤波。音频的 预处理包括预加重、加窗、端点检测。预处理单元的输入是采样得到的原始语音信号，输出是去除了非语音段的数帧语 音信号。由于语音是不平稳的随机过程，其特征是随着时间缓慢变化的，预加重的作用是将 高频提升，以弥补声音在唇部辐射时产生的高频损失；对信号加窗以避免短时语音段边缘 的影响；端点检测的作用是正确区分语音信号与各种背景噪声。语音信号在获取过程中，由于各种客观因索的影响在检测到的数据中常混有噪 音，经A/D转换后又增加了量化噪音，同时，无声段或者发音前后人为呼吸等产生的杂音使 得语音的端点比较模糊，因此在提取特征参数前，要对数据进行预处理，尽可能去除这些噪 音以提高信噪比。可以采取小波变换的多分辨率特点将原始语音信号分解为多个帧，计算 各帧的能量和方差，同时，改变小波变换系数进行降噪处理。小波变换消噪方法主要选择适当的小波函数和小波分解层数将含有噪音的原始 数据输出序列进行正交小波变换，确定变换次数，通过设置值，对数据进行离散小波变换， 计算所有小波系数，然后剔除被认为跟噪声有关的小波系数，并小波系数进行修正，对修正 后的小波系数进行逆变换，得到降噪后的数据。本发明使用小波变换的方法，基于DSP对原 始语音信号进行处理。除此之外，对于消除了背景音的语音信号，必须同标准信号进行比对校正以达到 最好的输出效果。这里可以采用自适应滤波的方法来进行校正。常用的自适应算法有最 小均方误差算法(LMS)，取样协方差矩阵的直接求逆算法(DMI)以及递归最小二乘算法 (RLS)。本系统选择最小二乘算法作为自适应滤波算法。该算法通过不断调整自适应部分 的权系数以达到最接近标准信号的输出。这部分算法也通过对DSP来实现。通过两次处理的音频信号已满足输出要求，将作为红外输出系统的输入信号前还 需要对音频信号进行处理以便能够更好的被红外模块输出。在微控制器的作用下对音频信 号的存储寻址、编码、调制等等，同时配合射频发大等功能模块，将音频信号通过红外模块 向外发送。至此，输入音频处理功能模块的功能就完毕了。图3所示为输出端的音频处理模块示意图，该模块用于将接收到的声音进行输出 处理，相当于图2的逆过程，同样需要微控制器的控制，并对音频进行分离与还原。上述描述了系统及模块的功能，在使用过程中，本发明的方法流程为1)通过开关选择录音模式，则可以通过麦克风输入标准声音。2)麦克风设备将标准声音存入存储器内。3)选择演唱模式，演唱者进行声音输入。4)麦克风内部对输入声音进行滤波，该步骤用于滤除呼吸急促导致的“砰砰砰”的 声音由DSP模块进行滤波处理，即TMS5320C5509A芯片处理
5)使用既定的自适应滤波程序以标准声音作为参照，对输入声音进行二次滤波， 相当于对实时的声音信号进行校准，确定音量增益，以及音调的微调。标准声音以及待校准的声音通过AD转换器转换为可供DSP模块处理的数字信号， 而二次滤波同样经由DSP模块进行处理，与第一次不同之处在于第一次滤波仅仅是对待校 准声音的低通滤波滤除频率较高的噪声，而第二次滤波则是以标准声音为基准进行的二次 校准。6)最后输出经过滤波的声音。
综上所述，麦克风的应用场合非常的广泛，可以作为KTV包厢中娱乐使用，也可以 作为演唱使用，以及主持活动等等，本发明实施例提供的麦克风设备，能提供自动修复功 能，自动调节音量，不仅可以用于现场的音乐会，同时更能用于现在广为流行的卡拉OK房， 使用所述麦克风可以将演唱者的声音进行美化以及修饰，能达到更好的演唱效果。以上对本发明实施例所提供的一种能够自动修复声音的语音设备及方法，进行了 详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的 说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依 据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容 不应理解为对本发明的限制。
权利要求
一种能够自动修复声音的语音设备，其特征在于，包括话筒、开关、输入端的音频处理模块、红外发射模块、红外接收模块、输出端的音频处理模块；所述话筒，用于接收语音信号；所述开关，用于选择系统的工作模式；所述输入端的音频处理模块，用于对输入的语音进行处理；所述红外发射模块，用于将处理好的信号发射；所述红外接收模块，用于接收所述红外发射模块发送的信号；所述输出端的音频处理模块，用于将红外接收模块接收的信号还原为语音信号并处理，输出到音响设备。
2.根据权利要求1所述的能够自动修复声音的语音设备，其特征在于 所述输入端的音频处理模块包括AD模块、DSP模块和微控制器；通过AD模块将声音输入到DSP模块中，并且由DSP模块对输入的声音进行自适应滤 波，对输入声音进行优化和降噪，然后在微控制器的控制下发送给音响设备。
3.根据权利要求2所述的能够自动修复声音的语音设备，其特征在于所述AD模块为两个AD模块，具体通过两个AD模块分别将标准声音和输入声音同时输 入到DSP模块中。
4.根据权利要求2或3所述的能够自动修复声音的语音设备，其特征在于所述DSP模块先对语音信号进行预处理，即第一次的滤波，所述预处理包括预加重、 加窗、端点检测。
5.根据权利要求4所述的能够自动修复声音的语音设备，其特征在于所述DSP模块的预处理过程中，输入是采样得到的原始语音信号，输出是去除了非语 音段的数帧语音信号。
6.一种能够自动修复声音的方法，其特征在于，包括1)通过开关选择录音模式，则可以通过麦克风输入标准声音；2)麦克风设备将标准声音存入存储器内；3)选择演唱模式，演唱者进行声音输入；4)麦克风内部对输入声音进行滤波，用于滤除呼吸急促导致的声音；5)使用既定的自适应滤波程序以标准声音作为参照，对输入声音进行二次滤波，相当 于对实时的声音信号进行校准，确定音量增益，以及音调的微调；6)最后输出经过滤波的声音。
7.根据权利要求6所述的能够自动修复声音的方法，其特征在于 所述进行滤波由DSP模块进行滤波处理。
全文摘要
本发明公开一种能够自动修复声音的语音设备及方法。该设备包括话筒，用于接收语音信号；开关，用于选择系统的工作模式；输入端的音频处理模块，用于对输入的语音进行处理；红外发射模块，用于将处理好的信号发射；红外接收模块，用于接收所述红外发射模块发送的信号；输出端的音频处理模块，用于将红外接收模块接收的信号还原为语音信号并处理，输出到音响设备。本发明提供的技术方案能提供自动修复功能，自动调节音量，使得使用者的声音达到最佳的状态。
文档编号H04R1/08GK101860774SQ201010191858
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月31日 优先权日2010年5月31日
发明者戴婉君, 罗笑南 申请人:中山大学