用于双麦克风通信装置的降噪的制作方法
【专利摘要】本发明的名称为用于双麦克风装置的降噪。一种用于在降噪系统中管理噪声的方法、系统和计算机程序产品，包括：在第一麦克风处接收第一信号；在第二麦克风处接收第二信号；标识所述第一信号和所述第二信号中的噪声估计；使用所述第二信号的功率谱密度减去所述噪声估计与所述第一信号的功率谱密度的比值来标识所述降噪系统的传递函数，其中仅从所述第二信号的功率谱密度中去除所述噪声估计；以及使用所述传递函数来标识所述降噪系统的增益。
【专利说明】用于双麦克风通信装置的降噪
【技术领域】
[0001] 本发明的各种实施例大体涉及举例来说诸如在通信装置中的降噪系统。具体地， 本发明的各种实施例涉及双麦克风通信装置中的降噪。
【背景技术】
[0002] 降噪是从信号中去除噪声的过程。噪声可以是存在于信号中的任何不期望的声 音。无论被处理的信号如何，降噪技术在概念上非常相似，但是所预期的信号的特征的先验 知识可能意味着这些技术的实现根据信号的类型而有非常大的变化。
[0003] 所有记录装置，模拟和数字两种均具有使其易受噪声影响的特质。噪声可以是无 相干性的随机噪声或白噪声，或者是由装置的机构或处理算法引入的相干噪声。
[0004] 在电子记录装置中，一种形式的噪声是由随机电子引起的撕撕声，受热量严重影 响的随机电子偏离其指定路径。这些偏离的电子可影响输出信号的电压并且因此产生可检 测的噪声。
[0005] 用于降低背景噪声的算法被用在许多语音通信系统中。移动电话和助听器具有集 成的单通道或多通道算法来提高在不利环境下的语音质量。在这样的算法中，一种方法是 谱减法技术，其通常需要估计不需要的背景噪声的功率谱密度（PSD)。不同的单通道噪声 PSD估计器已被提出。用于带有两个或更多个麦克风的系统的多通道噪声PSD估计器尚未 被深入研究。
【发明内容】
[0006] -种用于在降噪系统中管理噪声的方法、系统和计算机程序产品，包括：在第一麦 克风处接收第一信号；在第二麦克风处接收第二信号；标识所述第一信号和所述第二信号 中的噪声估计；使用所述第二信号的功率谱密度减去所述噪声估计与所述第一信号的功率 谱密度的比值来标识所述降噪系统的传递函数，其中仅从所述第二信号的功率谱密度中去 除所述噪声估计；以及使用所述传递函数来标识所述降噪系统的增益。
[0007] -种用于在降噪系统中估计噪声的方法、系统和计算机程序产品，包括：在第一麦 克风处接收第一信号；在第二麦克风处接收第二信号；标识所述第一信号的功率水平和所 述第二信号的功率水平中的归一化的差；以及使用所述第一信号的功率水平和所述第二信 号的功率水平中的差来标识噪声估计。
[0008] -种用于在降噪系统中估计噪声的方法、系统和计算机程序产品，包括：在第一麦 克风处接收第一信号；在第二麦克风处接收第二信号；标识所述第一信号与所述第二信号 之间的相干性；以及使用所述相干性来标识噪声估计。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 在附图中，相似的附图标记通常贯穿不同的视图指示相同的部分。附图不一定按 比例绘制，代替地通常被布置在其上的重点示出本发明的原理。在下面的说明中，将参考下 面的附图来描述本发明的各种实施例，其中：
[0010] 图1是根据示意性的实施例的装置的视图；
[0011] 图2是根据示意性的实施例的装置的视图；
[0012] 图3是根据示意性的实施例的信号模型；
[0013] 图4是根据示意性的实施例的语音增强系统的框图；
[0014] 图5是根据示意性的实施例的降噪系统的框图；
[0015] 图6是根据示意性的实施例的用于在降噪系统中降低噪声的流程图；
[0016] 图7是根据示意性的实施例的用于在降噪系统中标识噪声的流程图；以及
[0017] 图8是根据示意性的实施例的用于在降噪系统中标识噪声的流程图。
【具体实施方式】
[0018] 下面的详细说明参考附图，所述附图通过示意的方式显示了具体细节以及可在其 中实践本发明的实施例。词语"示例性"在此处被用于指"用作示例、实例或示意"。此处被 描述为"示例性"的任何实施例或设计不必被解释为比起其他实施例或设计来是优选或有 利的。
[0019] 注意到，在本说明书中，对包括在" 一个实施例"、"示例实施例"、"一实施例"、"另 一实施例"、"某些实施例"、"各种实施例"、"其他实施例"、"不同实施例"、"备选实施例"等 中的各种特征（例如元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特征等）的提及意在指任何这样的 特征被包括在本公开内容的一个或多个实施例中，并且可能是或可能不是必须在相同的实 施例中被组合。
[0020] 各种实施例考虑到并且意识到用于降噪的现有算法具有高计算复杂度、高存储开 销以及在估计非平稳噪声方面的困难。此外，各种实施例考虑到并且意识到能够跟踪非平 稳噪声的任何现有算法仅是单通道的。但是，即使单通道算法大多也不能够跟踪非平稳噪 声。
[0021] 此外，各种实施例提供了双通道噪声PSD估计器，其使用关于噪声场相干性的知 识。并且，各种实施例提供了具有低计算复杂度的过程并且可将该过程与其他语音增强系 统组合。
[0022] 此外，各种实施例提供了通过利用第二麦克风通道得到更稳健的噪声估计来对现 有的单通道噪声抑制系统进行可升级扩展的过程。各种实施例提供了通过使用噪声场相干 性的先验知识以便在扩散噪声场条件下降低不需要的背景噪声的双通道语音增强系统。 [0023] 前述内容已经相当广义地概述了不同的示意性实施例的特征和技术优点以便使 下面对本发明的详细描述更好地被理解。将在下文中描述不同的示意性实施例的附加特征 和优点。本领域的技术人员应理解的是，所公开的概念和具体实施例可容易地被用作修改 或重新设计用于实现不同示意性实施例的相同目的的其他结构或过程的基础。本领域的技 术人员还应意识到的是，这样的等效构造并不背离如随附权利要求所阐述的本发明的精神 和范围。
[0024] 图1是根据示意性的实施例的装置的视图。装置2是带有麦克风4和6的用户设 备。装置2可以是通信装置、移动电话或带有麦克风的某些其他合适的装置。在不同的实 施例中，装置2可具有更多或更少的麦克风。装置2可以是智能手机、平板型个人电脑、头 戴式耳机、个人电脑或使用麦克风来接收声音的某些其他类型的合适的装置。在这个实施 例中，麦克风4和6被显示为大约相隔2cm。但是，可以在其他实施例中将所述麦克风布置 在各种距离上。此外，麦克风4和6以及其他麦克风可被布置在装置2的任何表面上或者 可以被无线连接并且远程定位。
[0025] 图2是根据示意性的实施例的装置的视图。装置8是带有麦克风10和12的用户 设备。装置8可以是通信装置、移动电话或带有麦克风的某些其他合适的装置。在不同的 实施例中，装置8可具有更多或更少的麦克风。装置8可以是智能手机、平板型个人电脑、 头戴式耳机、个人电脑或使用麦克风的某些其他类型的合适的装置。在这个实施例中，麦克 风10和12大约相隔10cm。但是，可以在其他实施例中将所述麦克风定位在各种距离和位 置上。此外，麦克风10和12以及其他麦克风可被布置在装置8的任何表面上或者可以被 无线连接并且远程定位。
[0026] 图3是根据示意性的实施例的信号模型。信号模型14是双通道信号模型。两个 麦克风信号xp(k)和xs(k)是双通道语音增强系统的输入并且通过信号模型14与纯净的 语音s(k)以及加性背景噪声信号nl(k)和n2(k)相关，其具有离散时间指数k。源与麦克 风之间的声传递函数由Hl(ejQ)和H2(ejQ)来表示。由带有频率变量f和采样频率fs 的Q-2Jif/fs给出归一化的角频率。每个麦克风处的源分别是Sl(k)和s2(k)。一旦噪声 被加入源，其被每个麦克风拾取为xp (k)和xs (k)，此处也分另被称为xl (k)和x2 (k)。
[0027] 图4是根据示意性的实施例的语音增强系统的框图。语音增强系统16是双通道 语音增强系统。在其他实施例中，语音增强系统16可具有多于两个的通道。
[0028] 语音增强系统16包括分段加窗单元18和20。分段加窗单元16和18将输入信 号xp (k)和xs (k)分割为长度为L的重叠巾贞。此处，xp (k)和xs (k)也可被称为xl (k)和 x2(k)。分段加窗单元16和18可应用汉宁窗（Hann window)或其他合适的窗。在加窗之 后，时频分析单元22和24将长度为Μ的帧变换至短期谱域。在一个或多个实施例中，时频 分析单元22和24使用快速傅里叶变换（FFT)。在其他实施例中，可使用其他类型的时频分 析。对应的输出谱由Χρ ( λ，μ )和Xs ( λ，μ )表示。离散的频率槽和帧指数分别由μ和 λ表不°
[0029] 噪声功率谱密度（PSD)估计单元26计算频域语音增强系统的噪声功率谱密度估 计九桑声功率谱密度估计可通过使用xp(k)和xs(k)或在频域内通过Χρ(λ，μ )和 Xs(A，μ)来计算。噪声功率谱密度也可被称为自功率谱密度。
[0030] 谱增益计算单元28计算谱加权增益G( λ，μ )。谱增益计算单元28使用噪声功 率谱密度估计以及输出谱Xp ( λ，μ )和Xs ( λ，μ )。
[0031] 通过系数Χρ(λ，μ )与谱加权增益GU，μ )相乘给出增强谱逆时频分析 单元30对ii)应用快速傅里叶逆变换，并且进而通过重叠相加单元32应用重叠相加来产 生增强的时域信号逆时频分析单元30可使用快速傅里叶逆变换或某些其他类型的逆 时频分析。
[0032] 应注意到的是，借助滤波器组均衡器或使用任何种类的分析或合成滤波器组在时 域内进行滤波也是可能的。
[0033] 图5是根据示意性的实施例的降噪系统的框图。降噪系统34是这样的系统：其中 一个或多个装置可通过麦克风接收信号用于处理。降噪系统34可包括用户设备36、语音源 38和多个噪声源40。在其他实施例中，降噪系统34包括多于一个的用户设备36和/或多 于一个的语音源38。用户设备36可以是图2的用户设备8和/或图1的用户设备2的一 种实现的一个示例。
[0034] 语音源38可以是期望的可听见的源。该期望的可听见的源是产生所期望的可听 信号的源。例如，语音源38可以是同时对第一麦克风42和第二麦克风44说话的人。相反， 多个噪声源40可以是不期望的可听见的源。多个噪声源40可以是背景噪声。例如，多个 噪声源40可以是汽车引擎、风扇或其他类型的背景噪声。在一个或多个实施例中，与第二 麦克风44相比，语音源38可更接近第一麦克风42。在不同的有利实施例中，语音源38可 与第一麦克风42和第二麦克风44等距，或者接近于第二麦克风44。
[0035] 语音源38和多个噪声源40发出音频信号，其分别作为组合信号的一部分被第一 麦克风42和第二麦克风44同时或以一定的时延接收，所述时延是由源与第一麦克风42和 源与第二麦克风44之间不同的声波传播时间所引起的。第一麦克风42可以第一信号46 的形式接收组合信号的一部分。第二麦克风44可以第二信号48的形式接收组合信号的一 部分。
[0036] 用户设备36可被用于接收来自人的语音，并且进而将该语音传送至另一件用户 设备。在语音接收期间，也可从多个噪声源40接收不需要的背景噪声。多个噪声源40形 成第一信号46和第二信号48的可能是不期望的声音的部分。从多个噪声源40产生的背 景噪声可能是不期望的并且降低了语音的质量和清晰度。因此，降噪系统34提供了降低和 /或去除由第一麦克风42和第二麦克风44接收的背景噪声的系统、方法和计算机程序产 品。
[0037] 背景噪声的估计可被标识并且用于去除和/或降低不期望的噪声。位于用户设备 36中的噪声估计模块50通过使用功率水平均一（PLE)算法来标识第一信号46和第二信号 48中的噪声估计52,所述PLE算法利用第一麦克风42与第二麦克风44之间的功率谱密度 差。该方程为：
[0038] 方程
【权利要求】
1. 一种用于在降噪系统中估计噪声的方法，所述方法包括： 在第一麦克风处接收第一信号； 在第二麦克风处接收第二信号； 标识所述第一信号的功率谱密度和所述第二信号的功率谱密度中的归一化的差；以及 使用所述差来标识噪声估计。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中标识所述第一信号的功率谱密度和所述第二信号 的功率谱密度中的归一化的差的步骤使用下述方程：
其中Δ#αμ)是所述第一信号的功率谱密度和所述第二信号的功率谱密度中的归一 化的差， β是加权因子， Φχυπα,/ι)是所述第一信号的功率谱密度，并且 是所述第二信号的功率谱密度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其还包括： 使用所述第二信号的功率谱密度减去所述噪声估计与所述第一信号的功率谱密度的 比值来标识所述降噪系统的传递函数，其中仅从所述第二信号的功率谱密度中去除所述噪 声估计；以及 使用所述传递函数来标识所述降噪系统的增益。
4. 一种用于在降噪系统中估计噪声的方法，所述方法包括： 在第一麦克风处接收第一信号； 在第二麦克风处接收第二信号； 标识所述第一信号与所述第二信号之间的相干性；以及 使用所述相干性来标识噪声估计。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中标识所述相干性的步骤使用下述方程：
其中是所述第一信号与第二信号之间的相干性， (儿μ)是所述第一信号的功率谱密度， 是所述第二信号的功率谱密度，并且 是所述第一信号与所述第二信号的交叉功率谱密度。
6. 根据权利要求4所述的方法，其中标识所述噪声估计的步骤使用下述方程：
其中#讀(4/0是所述噪声估计， &?2(尤#)是所述第一信号与第二信号之间的相干性， μ)是所述第一信号的功率谱密度， 我是所述第二信号的功率谱密度，并且 疋μ)是所述第一信号与所述第二信号的交叉功率谱密度。
7. 根据权利要求4所述的方法，其还包括： 使用所述第二信号的功率谱密度减去所述噪声估计与所述第一信号的功率谱密度的 比值来标识所述降噪系统的传递函数，其中仅从所述第二信号的功率谱密度中去除所述噪 声估计；以及 使用所述传递函数来标识所述降噪系统的增益。
8. -种用于在降噪系统中估计噪声的系统，所述方法包括： 第一麦克风，其被配置为接收第一信号； 第二麦克风，其被配置为接收第二信号； 噪声估计模块，其被配置为标识所述第一信号的功率谱密度和所述第二信号的功率谱 密度中的归一化的差；并且使用所述差来标识噪声估计。
9. 根据权利要求8所述的系统，其还包括： 语音增强模块，其被配置为使用所述第二信号的功率谱密度减去所述噪声估计与所述 第一信号的功率谱密度的比值来标识所述降噪系统的传递函数，其中仅从所述第二信号的 功率谱密度中去除所述噪声估计；并且使用所述传递函数来标识所述降噪系统的增益。
10. -种用于在降噪系统中估计噪声的系统，所述方法包括： 第一麦克风，其被配置为接收第一信号； 第二麦克风，其被配置为接收第二信号； 噪声估计模块，其被配置为标识所述第一信号与所述第二信号之间的相干性并且使用 所述相干性来标识噪声估计。
11. 根据权利要求10所述的系统，其中标识所述相干性的噪声估计模块使用下述方 程：
其中是所述第一信号与第二信号之间的相干性， 是所述第一信号的功率谱密度， 也是所述第二信号的功率谱密度，并且 疋μ)是所述第一信号与所述第二信号的交叉功率谱密度。
12. 根据权利要求10所述的系统，其中标识所述噪声估计的噪声估计模块使用下述方 程：
其中#讀(4/〇是所述噪声估计， 是所述第一信号与第二信号之间的相干性， (尤μ)是所述第一信号的功率谱密度， 是所述第二信号的功率谱密度，并且 #--(凡μ)是所述第一信号与所述第二信号的交叉功率谱密度。
【文档编号】H04R3/00GK104053092SQ201410299896
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2012年8月29日 优先权日:2011年8月29日
【发明者】M.热伊布, C.内尔克, C.赫尔格罗茨, P.瓦里, C.博热安 申请人:英特尔移动通信有限责任公司