專利名稱：提高了噪聲抑制能力的電話裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電話裝置，這種電話裝置包括用于接收輸入的聲音信號的至少一個麥克風，該聲音信號包括需要的話音信號和不需要的噪聲信號，這種電話裝置還包括音頻處理單元，該音頻處理單元與所述至少一個麥克風連接，用于從所述聲音信號抑制不需要的噪聲。
可以在例如移動電話或移動式頭戴式耳麥(headset)中使用本發(fā)明，用于抑制平穩(wěn)噪聲和非平穩(wěn)噪聲。
背景技術：
對于終端用戶和網絡運營商而言，噪聲抑制能力都是移動電話的重要特征。
人們根據眾所周知的頻譜相減或者最小均方誤差頻譜幅度估計開發(fā)出了采用單個麥克風的噪聲抑制方法。在原始信噪比足夠大的前提下，通過使用單麥克風噪聲抑制方法，能夠抑制準平穩(wěn)噪聲，而不會引起語音失真。
使用多麥克風方案，在其中利用空間分集能夠實現(xiàn)更好的噪聲抑制。利用多麥克風技術，能夠抑制非平穩(wěn)噪聲，例如背景中人的說話聲。
專利申請US 2001/0016020公開了基于三頻譜減法器的一種雙麥克風噪聲抑制方法。根據這一噪聲抑制方法，當遠離嘴巴的麥克風和靠近嘴巴的麥克風結合起來使用時，就能夠對付非平穩(wěn)背景噪聲，只要能夠從單塊輸入樣本連續(xù)地估計噪聲譜。除了拾取背景噪聲以外，遠離嘴巴的麥克風還拾取講話人的話音，雖然收到的信號電平低于靠近嘴巴的麥克風收到的信號電平。為了增強噪聲估計，用一個頻譜相減級來抑制遠離嘴巴的麥克風信號中的語音信號。為了能夠增強噪聲估計，利用另一個頻譜相減級從靠近嘴巴的信號形成粗略的語音信號估計。最后，通過利用上述增強的背景噪聲估計抑制背景噪聲，利用第三頻譜相減功能來增強靠近嘴巴的信號。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提出一種電話裝置，相對于上述現(xiàn)有技術，這種電話裝置采用了改進的噪聲抑制方法。
實際上，現(xiàn)有技術方法假定手機(handset)相對于用戶的耳朵具有特定的方向，從而獲得最大的語音信號幅度差(也就是說靠近嘴巴的麥克風最接近嘴巴)。如果是另一種方向，現(xiàn)有技術中的雙麥克風噪聲抑制方法會因為它的空間選擇性而抑制而不是增強所需要的話音信號。因此，放在耳朵邊的電話裝置不正確的方向會導致不可接受的語音信號失真。
為了克服這一缺點，本發(fā)明的電話裝置的特征在于包括方向傳感器，用于測量所述電話裝置的方向指示；至少一個麥克風，用于接收聲音信號，該聲音信號包括需要的話音信號和不需要的噪聲信號；音頻處理單元，連接到所述至少一個麥克風，用于在所述方向指示的基礎之上從所述聲音信號抑制所述不需要的噪聲信號。
所述方向傳感器能夠測量所述電話裝置的方向，所述音頻處理單元利用所述方向指示，使要輸出的需要的話音信號的質量最高。利用這一方向指示，音頻處理單元對于電話裝置不正確的方向更加可靠。
根據本發(fā)明的一個實施例，電話裝置包括靠近嘴巴的麥克風，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述需要的話音信號和所述不需要的噪聲信號，并且用于提供第一輸入信號；遠離嘴巴的麥克風，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述不需要的噪聲信號和電平比靠近嘴巴的麥克風的低的所述需要的話音信號，并且用于提供第二輸入信號；所述音頻處理單元包括波束形成器，連接到所述靠近嘴巴的麥克風和遠離嘴巴的麥克風，包括濾波器，用于對所述第一和第二輸入信號進行空間濾波，從而提供噪聲基準信號和已改善的靠近嘴巴的信號，頻譜后處理器，用于對所述波束形成器提供的信號進行頻譜相減操作，從而提供輸出信號。這一雙麥克風技術特別有效。
所述頻譜后處理器優(yōu)選適應于從所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度和衰減函數(shù)的乘積，計算所述輸出信號的頻譜幅度，所述衰減函數(shù)依賴于所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度，所述已改善的靠近嘴巴的信號的平穩(wěn)部分的估計的加權頻譜幅度，以及所述噪聲基準信號的加權頻譜幅度之間的差，所述衰減函數(shù)的值不小于一個門限。該門限是一個固定值和所述方向指示的函數(shù)之間的最大值。所述音頻處理單元還可以包括用于基于第一輸入信號和第二輸入信號的第一功率比較結果，以及已改善的靠近嘴巴的信號和噪聲基準信號的第二功率比較結果，檢測波束內活動的模塊；以及如果檢測到波束內活動就更新濾波器系數(shù)的模塊。
根據本發(fā)明的另一個實施例，電話裝置包括麥克風，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述需要的話音信號和所述不需要的噪聲信號，并且用于提供輸入信號；其中所述音頻處理單元包括頻譜后處理器，該頻譜后處理器適應于從所述輸入信號的頻譜幅度和衰減函數(shù)的乘積，計算輸出信號的頻譜幅度，該衰減函數(shù)依賴于所述輸入信號的頻譜幅度和所述輸入信號的平穩(wěn)部分的估計的加權頻譜幅度之間的差，所述衰減函數(shù)的值不小于一個門限。這樣一個單麥克風技術特別經濟，簡單易行。
根據本發(fā)明的另一個實施例，所述電話裝置包括揚聲器，該揚聲器用于接收輸入信號，并用于提供回聲信號，還包括響應所述輸入信號進行回聲消除的模塊，該模塊與所述頻譜后處理器連接。
本發(fā)明還涉及用于電話裝置的噪聲抑制方法。
通過參考下面描述的實施例，本發(fā)明的這些方面和其它方面將會更加清楚。


下面將參考附圖，通過實例來更加詳細地描述本發(fā)明。在這些附圖中圖1是本發(fā)明中電話裝置的一個框圖，這個裝置包括兩個麥克風；圖2A和2B畫出了具有集成方向傳感器的雙麥克風頭戴式耳麥；圖3A和3B畫出了具有集成方向傳感器的雙麥克風移動電話；圖4是說明本發(fā)明中雙麥克風移動電話的一個框圖，這個電話用于進行回聲消除；圖5是說明本發(fā)明中電話裝置的一個框圖，這個裝置包括單個麥克風；以及圖6是本發(fā)明中單麥克風移動電話的一個框圖，這個電話用于進行回聲消除。
具體實施例方式
參考圖1，其中公開了本發(fā)明一個實施例中的電話裝置。所述電話裝置是例如移動電話。它包括揚聲器LS，用于發(fā)出從通過通信網絡從遠端用戶過來的進入信號IS得到的輸出聲音信號，靠近嘴巴的麥克風M1，用于拾取輸入聲音信號，該信號包括說話人的話音信號S1，還包括不需要的噪聲信號N1和/或D1，遠離嘴巴的麥克風M2，用于拾取除近端說話人的話音信號S2以外的噪聲信號，所述說話人的話音信號的電平低于靠近嘴巴的麥克風的信號的電平，所述不需要的噪聲信號包括例如背景噪聲N2或者其他說話人的話音信號D2，方向傳感器OS，用于測量所述移動裝置的方向指示；音頻處理單元，包括第一處理單元PR1，用于對輸入信號IS進行預處理，自適應波束形成器BF，與靠近嘴巴和遠離嘴巴的麥克風連接，包括空間濾波器，用于對兩個麥克風提供的輸入信號z1和z2進行空間濾波，頻譜后處理器SPP，用于對波束形成器提供的信號進行后處理，分離需要的話音信號S1和不需要的噪聲信號，從而提供輸出信號y。
所述音頻處理單元繼續(xù)調整空間濾波器，如同后面將更加詳細地描述的一樣。
方向傳感器給出關于移動電話或頭戴式耳麥相對于耳朵的角度的信息。所述傳感器是例如基于彎曲細管中的導電金屬球的。圖2A和2B畫出了頭戴式耳麥情形中的這樣一個傳感器，圖3A和3B則畫出了移動電話情形中的這樣一個傳感器。在這些情形中，方向傳感器OS和遠離嘴巴的麥克風M2位于耳機中。彎曲管上的箭頭AA標出電接觸點。
在圖2A或3A中，頭戴式耳麥或移動電話方向最佳，因為靠近嘴巴的麥克風M1最接近嘴巴。在這個第一位置中，金屬球在彎曲管的中間，方向傳感器給出的電信號具有一個預定值，在我們的實例中，這個預定值對應于相對于垂直方向的最佳角度θ0。事先確定這個最佳角度，或者由用戶調整這個最佳角度。
在圖2B或3B中，頭戴式耳麥或移動電話的方向不正確。頭戴式耳麥或移動電話的這個第二位置對應于不同于最佳角度的角度θ，以及靠近嘴巴的麥克風M1遠離了嘴巴。如圖2B或3B所示，將當前角度θ定義為通過頭戴式耳麥兩個麥克風的方向uu，或者移動電話的垂直對稱軸vv，分別與沿著用戶頭部的垂直方向yy之間的夾角。如圖2A或3A所示，最佳角度θ0是靠近嘴巴的麥克風距離用戶的嘴巴最近時的夾角θ。
當金屬球在彎曲管內移動的時候，方向傳感器給出的電信號的值在不斷改變，并且代表了頭戴式耳麥或移動電話在垂直面內的當前角度θ。然后將這個角度信號轉換到數(shù)字域，再傳遞給音頻處理單元。
對于本領域技術人員而言顯而易見，還有其它種類的方向傳感器，只要它們是小型傳感器。它可以是例如基于對地球重力場里移動裝置的光學檢測的傳感器，比如US 5,142,655專利中描述的那種。方向傳感器也可以是加速度計，或者磁力計。
音頻處理單元按照以下方式工作?？拷彀偷柠溈孙L給出的信號叫做z1，遠離嘴巴的麥克風給出的信號叫做z2。波束形成器包括自適應濾波器，每個麥克風輸入都有一個自適應濾波器。所述自適應濾波器是例如國際專利申請WO 99/27522中描述的那些。這樣的波束形成器被設計成在初始的匯聚以后，提供一個輸出信號x2，其中存在麥克風拾取的平穩(wěn)和非平穩(wěn)背景噪聲，并且抑制了其中所需要的話音信號S1。信號x2充當頻譜后處理器SPP(the spectral post-processor)的噪聲基準。在N(N＞2)麥克風自適應波束形成器的情況下，有N-1個噪聲基準信號，可以將它們線性組合起來為頻譜后處理器提供整個噪聲基準信號。由于使用了自適應濾波器，因此在信號x1的信噪比比信號z1的信噪比好這個意義上說，另一個波束形成器輸出信號x1相對于靠近嘴巴的麥克風信號z1而言已經得到了改善?；蛘哒f，我們有x1＝z1。
頻譜后處理器SPP是基于頻譜相減技術的，如同現(xiàn)有技術或者專利US 6,546,099中所描述的一樣。它將噪聲基準信號x2和改善了的靠近嘴巴的信號x1作為輸入。將每個信號x1和x2的輸入信號樣本一幀一幀地進行漢寧加窗處理，然后利用例如快速傅立葉變換FFT變頻。將獲得的兩個頻譜表示為X1(f)和X2(f)，將它們的頻譜幅度表示為|X1(f)|和|X2(f)|，其中f是快速傅立葉變換的頻率下標?；陬l譜幅度|X1(f)|，頻譜后處理器通過頻譜最小值搜索來計算噪聲譜平穩(wěn)部分|N1(f)|的估計，如同R.Martin的“Spectral subtraction based onminimum statistics”，Signal Processing VII，Proc.EUSIPCO，Edinburgh(Scotland，UK)，1994年9月，第1182～1185頁所描述的一樣。然后，這個頻譜后處理器按照以下公式計算輸出信號y的頻譜幅度|Y(f)||Y(f)|=G(f)·|X1(f)|]]>=max(|X1(f)|-γ2χ(f)C(f)|X2(f)|-γ1|N1(f)||X1(f)|,Gmin0)·|X1(f)|---(1)]]>其中G(f)是頻譜衰減函數(shù)的實值，0≤G(f)≤1。
等式(1)保證對于所有頻率f，衰減函數(shù)G(f)永遠不會小于一個固定門限Gmin0，0≤Gmin0≤1。一般情況下，門限Gmin0在0.1和0.3之間的范圍內。
系數(shù)γ1和γ2是所謂的過減參數(shù)(over-subtraction parameter)(典型值在1和3之間)，γ1是平穩(wěn)噪聲的過減參數(shù)，γ2是非平穩(wěn)噪聲的過減參數(shù)。
C(f)這一項是與頻率有關的相干項。為了計算C(f)這一項，對頻譜幅度|X2(f)|進行另外的頻譜最小搜索，得到平穩(wěn)部分|N2(f)|。然后將C(f)這一項估計為|X1(f)|和|X2(f)|的平穩(wěn)部分之比C(f)＝|N1(f)|/|N2(f)|。在這里假設非平穩(wěn)部分也有同樣的關系，這對于擴散聲音場噪聲(diffuse sound field noises)是一個有效的假設。
公式(1)中C(f)|X2(f)|這一項反映了|X1(f)|中的加性噪聲。χ(f)是一個與頻率有關的修正項，它只從C(f)|X2(f)|這一項選擇非平穩(wěn)部分，因此，也就是說，只用公式(1)中的頻譜幅度|N1(f)|將平穩(wěn)噪聲減一次。按照以下公式計算χ(f)這一項χ(f)=|X2(f)|-|N2(f)||X2(f)|---(2)]]>為了簡單起見，也可以將γ1設置成0，從而避免計算頻譜幅度|N1(f)|，并且χ(f)＝1。這樣，利用獨一無二的過減參數(shù)γ2能夠同時抑制平穩(wěn)噪聲分量和非平穩(wěn)噪聲分量|Y(f)|=max(|X1(f)|-γ2C(f)|X2(f)||X1(f)|,Gmin0)·|X1(f)|---(3)]]>按照公式(1)計算頻譜幅度|Y(f)|的一個原因是針對平穩(wěn)噪聲部分和非平穩(wěn)噪聲部分采用不同的過減參數(shù)。
對于輸出頻譜Y(f)的相位，采用信號x1的未改變的相位。最后，利用眾所周知的重疊重構算法，從其頻譜Y(f)構造提高了信噪比的時域輸出信號y，如同例如S.F.Boll的“Suppression of Acoustic Noise inSpeech using Spectral Subtraction”，IEEE Trans.Acoustics，Speech andSignal Processing，第27卷，第113～120頁，1979年4月中所描述的一樣。
根據本發(fā)明的第一實施例，上述音頻處理單元包括檢測波束內活動的手段。檢測到所謂的波束內活動的時候，更新波束形成器自適應濾波器的系數(shù)。這就意味著近端講話人是活動的(active)，并且正在麥克風和自適應波束形成器構成的組合系統(tǒng)形成的波束中說話。滿足以下條件時就檢測到了波束內活動Pz1＞αPz2(c1)Px1＞βCPx2(c2)其中Pz1和Pz2是兩個相應麥克風信號z1和z2的短期功率，α是一個正常數(shù)(通常是1.6)，β是另一個正常數(shù)(通常是2.0)，Px1和Px2分別是信號x1和x2的短期功率，以及C是相干項。將這個相干項估計為x1中平穩(wěn)噪聲分量N1的短期全頻帶功率除以x2中平穩(wěn)噪聲分量N2的短期全頻帶功率。
第一個條件(c1)反映了可以從麥克風和用戶的嘴巴之間的距離差預期的兩個麥克風之間的話音電平差。第二個條件(c2)要求x1中需要的話音信號電平超過不需要的噪聲信號電平達到足夠大的程度。
不正確方向的功率Pz1遠遠小于正確方向的功率，將兩個波束內條件(c1)和(c2)考慮進來，將需要的話音信號S1檢測為“在波束以外”。沒有任何額外的措施，系統(tǒng)不能恢復，因為不允許波束形成器系數(shù)進行自適應。對于不正確的波束形成器系數(shù)，信號x2因為所需要的話音信號而具有較強的分量，按照公式(1)的頻譜計算，減去所述話音分量。因此，在后處理器的輸出端，所需要的話音信號受到了衰減，甚至被完全抑制掉。
如同前面所描述的一樣，方向傳感器為音頻處理單元提供方向指示。在這個第一實施例中，如果方向傳感器測量出來的當前角度θ與最佳角度θ0相差超過一個預定值，例如5度，就認為頭戴式耳麥或移動電話的方向不正確。檢測到移動電話或頭戴式耳麥的方向不正確的時候，執(zhí)行以下步驟。暫時減小系數(shù)α和β，甚至將它們設置成0，從而使波束形成器重新自適應。
也可以采用以下讓步機制。檢測到方向不正確的時候，將信號x2設置成0，或者暫時減小系數(shù)γ2，甚至將它設置成0，以便防止不希望地減去語音信號。在這種情況下，上述雙麥克風噪聲抑制方法退化成單麥克風噪聲抑制方法，只是從輸入的頻譜幅度|X1(f)|減去估計出來的平穩(wěn)噪聲分量|N1(f)|而不是非平穩(wěn)噪聲分量。
經過了與重新自適應所需要的時間相對應的一段預定時間以后，重新朝著它們原來的值增大系數(shù)α和β，或者將它們增大到以離線的方式確定為對于這一特定新方向最佳的值。類似地，也將系數(shù)γ2設置回它原來的值。
根據本發(fā)明的第二實施例，噪聲抑制是逐漸進行的，噪聲抑制度取決于電話裝置的方向角。
這一實施例基于以下現(xiàn)象當前角度θ和最佳角度θ0之間的差逐漸增大時，信噪比逐漸下降。當信噪比下降(也就是低于10dB，語音信號失真會變成干擾)的時候，需要提高對頻譜噪聲抑制量的限制，以防止出現(xiàn)難以接受的語音信號失真。
根據本發(fā)明的這一實施例，修改公式(1)中的Gmin0這一項，以便讓衰減函數(shù)依賴于方向傳感器測量得到的當前角度θ。然后，頻譜后處理器按照以下公式計算輸出信號y的頻譜幅度|Y(f)||Y(F)|=G(f)·|X1(f)|]]>=max(|X1(f)|-γ2χ(f)C(f)|X2(f)|-γ1|N1(f)||X1(f)|Gmin(θ;θ0))·|X1(f)|---(4)]]>其中Gmin(θ；θ0)由以下公式給出Gmin(θ；θ0)＝max(Gmin0，sin(|θ-θ0|))(5)其中|θ-θ0|是θ-θ0的絕對值。
因為這一改進，當移動電話的方向角離最佳角度不太遠的時候，這一噪聲抑制方法按照常規(guī)方式工作。更加具體地說，當|θ-θ0|≤ε，其中ε＝arcsin(Gmin0)時，公式(5)變成Gmin(θ；θ0)＝Gmin0，公式(4)退化為公式(1)。
相反，一旦移動電話或頭戴式耳麥的方向角更大，就自動地減小噪聲抑制量，以防止語音信號失真。更加具體地說，當|θ-θ0|＞ε時，Gmin(θ；θ0)＝sin(|θ-θ0|)，并且Gmin(θ；θ0)＞Gmin0，于是，利用公式(4)獲得的噪聲抑制比利用公式(1)獲得的噪聲抑制更少，從而能夠避免語音信號失真。
通過用波束內檢測器控制波束形成器系數(shù)的自適應，能夠改善第二實施例。沒有檢測到任何波束內活動的時候停止自適應，否則自適應繼續(xù)如常。通過這一措施，能夠防止波束形成器自適應到不希望的噪聲信號上去。
滿足以下條件時，就檢測到了波束內活動Pz1(n)＞α(θ)Pz2(n) (c3)Px1(n)＞β(θ，n)C(n)Px2(n)(c4)如果滿足條件(c3)和(c4)，就允許波束形成器系數(shù)自適應。如同前面一樣，Pz1(n)和Pz2(n)是兩個相應麥克風信號的短期功率，Px1(n)和Px2(n)是信號x1和x2的短期功率，n是一個隨時間增大的整數(shù)迭代下標，C(n)Px2(n)是x1中(非)平穩(wěn)噪聲的估計出來的短期功率，C(n)是一個相干項。
條件(c3)反映了可以從麥克風和用戶的嘴巴之間的距離差預期的兩個麥克風之間的語音信號電平差。條件(c4)要求x1中需要的話音信號電平超過不需要的噪聲信號電平達到足夠大的程度。
另外，參數(shù)α按照以下公式依賴于當前角度θα(θ)＝α0·cos(|θ-θ0|)，α0＞0(6)其中α0是一個正常數(shù)(通常有α0＝1.6)。由于α按照公式(6)依賴于角度，因此當有人把移動電話的方向變成偏離最佳方向，預期兩個麥克風之間的語音信號電平差變小的時候，不去阻擋波束形成器自適應。
類似地，參數(shù)β按照以下公式依賴于當前角度θβ(θ，n)＝β0·cos(Δθ(n))，β0＞0(7)其中β0是一個正常數(shù)(通常有β0＝1.6)。Δθ(n)這一項由以下公式給出 一開始，Δθ(0)＝0。δ是一個正常數(shù)，例如δ＝π/20，而λ則是一個常數(shù)“忘記因子(forgetting factor)”，從而使0＜λ＜1。通常將λ選擇為接近1。使用公式(7)和(8)描述的方法，方向突然發(fā)生大幅度變化時，迅速減小β(θ，n)這一項，在這樣一個快速方向改變以后，β(θ，n)再慢慢地朝向β0增大。
這種現(xiàn)象可以作如下解釋。電話裝置方向的突然改變導致功率Px2(n)突然增大，因為波束形成器系數(shù)不再是最佳的，噪聲基準信號x2錯誤地包含有近端語音信號分量。如果參數(shù)β不改變，就根據條件(c3)停止波束形成器的自適應，然而需要重新自適應到新的方向。通過在方向突然改變期間讓β(θ，n)取一個小值，波束形成器自適應不再被條件(c3)阻擋，因此有可能重新自適應。一段預定時間以后，波束形成器已經重新自適應，β0再一次是β(θ，n)的最佳值。
回到圖4，其中描述了與雙麥克風波束形成相結合的回聲消除方案。根據這一方案，電話裝置進一步包括兩個自適應濾波器AF1和AF2，在它們的輸出端有回聲信號SE1和SE2的估計。下一步從麥克風信號z1和z2減去估計出來的這些回聲，分別得到回聲殘留信號R1和R2。然后將這些回聲殘留信號輸入自適應波束形成器BF的輸入端口。通過這種方式，波束形成器輸入端(幾乎)沒有了回聲，可以象沒有任何回聲一樣工作。
為了提高回聲抑制能力，頻譜后處理器SPP接收另外的輸入E作為回聲基準用于減去頻譜回聲。這一操作用圖4中的虛線表示。自適應濾波器AF1和AF2的輸出分別用濾波器F1和F2過濾，將結果加起來，得到回聲基準信號E。直接從自適應波束形成器BF系數(shù)拷貝濾波器F1和F2的系數(shù)。
將額外的輸入E考慮進來，頻譜后處理器接下來按照以下公式計算輸出信號y的頻譜幅度|Y(f)||Y(f)|=G(f)·|X1(f)|]]>=max(|X1(f)|-γ2χ(f)C(f)|X2(f)|-γ1|N1(f)|-γe|E(f)||X1(f)|,Gmin0)·|X1(f)|---(9)]]>其中γe是回聲信號的頻譜相減參數(shù)(0＜γe＜1)，E(f)是回聲基準信號E的短期頻譜。
以上描述的基礎是在配備了至少兩個麥克風的移動電話或者頭戴式耳麥中使用方向傳感器。但是，也可以將方向傳感器應用于只有一個麥克風的移動電話或者頭戴式耳麥。
參考圖5，其中描述了這樣一個單麥克風裝置。和圖1相比，它包括斷開第二麥克風，導致公式(4)中x2＝0，x1＝z1。這一電話裝置不再包含自適應波束形成器。
在這種情況下，頻譜后處理器按照以下公式計算輸出信號y的頻譜幅度|Y(f)||Y(f)|=G(f)·|Z1(f)|]]>=max(|Z1(f)|-γ1|N1(f)||Z1(f)|,Gmin(θ;θ0))·|Z1(f)|---(10)]]>其中Gmin(θ；θ0)是按照公式(5)定義的。
回到圖6，其中描述了與單麥克風波束形成相結合的回聲消除方案。根據這一方案，電話裝置包括自適應濾波器AF，在它的輸出端有回聲信號SE1的估計。下一步從麥克風信號z減去這個回聲信號估計，得到回聲殘留信號R。然后將回聲殘留信號輸入給頻譜后處理器SPP。
為了提高回聲抑制能力，頻譜后處理器SPP接收另外一個輸入E作為回聲的基準，用于頻譜回聲相減?；芈暬鶞市盘朎是自適應濾波器的輸出。
將這個另外的輸入E考慮在內，頻譜后處理器接下來按照如下公式計算輸出信號y的頻譜幅度|Y(f)||Y(f)|=G(f)·|Z1(f)|]]>=max(|Z1(f)|-γ1|N1(f)|-γe|E(f)||Z1(f)|,Gmin(θ;θ0))·|Z1(f)|---(11)]]>其中γe是回聲信號的頻譜相減參數(shù)(0＜γe＜1)，E(f)是回聲基準信號E的短期頻譜。
前面已經通過實例描述了本發(fā)明的幾個實施例，但是，對于本領域技術人員而言，顯然可以對這里所描述的實施例進行改進和改變，而不會偏離后面的權利要求定義的本發(fā)明的范圍。此外，在權利要求中，不應該把括號中的標號理解為對權利要求的限制?！鞍ā边@個術語不是要排除除了權利要求列出的那些以外的部件或步驟的存在?！耙粋€”這個術語并不排除多個。本發(fā)明可以用硬件手段實現(xiàn)，包括幾個分開的部件，也可以用合適地編程的計算機實現(xiàn)。在列出了幾個模塊的裝置權利要求中，可以用一個和同樣的硬件來實現(xiàn)這些模塊中的幾個。在互不相同的獨立權利要求中提到措施并不意味著不能使用這些措施的組合。
權利要求
1.一種電話裝置，包括方向傳感器(OS)，用于測量所述電話裝置的方向指示；至少一個麥克風(M1)，用于接收聲音信號，該聲音信號包括需要的話音信號和不需要的噪聲信號；音頻處理單元，連接到所述至少一個麥克風，用于在所述方向指示的基礎之上抑制所述聲音信號中不需要的噪聲信號。
2.如權利要求1所述的電話裝置，包括靠近嘴巴的麥克風(M1)，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述需要的話音信號(S1)和所述不需要的噪聲信號(N1，D1)，并且用于提供第一輸入信號(z1)；遠離嘴巴的麥克風(M2)，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述不需要的噪聲信號(N2，D2)和電平比靠近嘴巴的麥克風的電平低的所述需要的話音信號(S2)，并且用于提供第二輸入信號(z2)，其中所述音頻處理單元包括波束形成器(BF)，連接到所述靠近嘴巴的麥克風和遠離嘴巴的麥克風，包括濾波器，用于對所述第一和第二輸入信號(z1，z2)進行空間濾波，從而提供噪聲基準信號(x2)和已改善的靠近嘴巴的信號(x1)，頻譜后處理器(PP)，用于對所述波束形成器提供的信號(x1，x2)進行頻譜相減操作，從而提供輸出信號(y)。
3.如權利要求2所述的電話裝置，其中所述頻譜后處理器用于根據所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度和衰減函數(shù)的乘積，計算所述輸出信號的頻譜幅度，所述衰減函數(shù)依賴于所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度，所述已改善的靠近嘴巴的信號的平穩(wěn)部分的估計的加權頻譜幅度，以及所述噪聲基準信號的加權頻譜幅度之間的差，所述衰減函數(shù)的值不小于一個門限，該門限是一個固定值和所述方向指示的函數(shù)之間的最大值。
4.如權利要求3所述的電話裝置，其中所述門限是所述固定值和所述方向指示的正弦函數(shù)之間的最大值。
5.如權利要求1所述的電話裝置，包括麥克風(M1)，用于接收聲音信號，該聲音信號包括所述需要的話音信號(S1)和所述不需要的噪聲信號(N1，D1)，并且用于提供輸入信號(z1)；其中所述音頻處理單元包括頻譜后處理器，該頻譜后處理器用于根據所述輸入信號的頻譜幅度和衰減函數(shù)的乘積，計算輸出信號(y)的頻譜幅度，該衰減函數(shù)依賴于所述輸入信號的頻譜幅度和所述輸入信號的平穩(wěn)部分的估計的加權頻譜幅度之間的差，所述衰減函數(shù)的值不小于一個門限，該門限是一個固定值和所述方向指示的函數(shù)之間的最大值。
6.如權利要求1所述的電話裝置，還包括揚聲器(LS)，該揚聲器用于接收輸入信號，并用于提供回聲信號(SE1，SE2)；響應所述輸入信號進行回聲消除的模塊(AF；AF1，AF2，F(xiàn)1，F(xiàn)2)，該模塊與所述頻譜后處理器(SPP)連接。
7.一種用于電話裝置的噪聲抑制方法，包括以下步驟確定所述電話裝置的方向指示；通過至少一個麥克風接收包括需要的話音信號和不需要的噪聲信號的聲音信號；處理所述至少一個麥克風提供的信號，從而，基于所述方向指示，抑制所述聲音信號中不需要的噪聲信號。
8.如權利要求7所述的噪聲抑制方法，其中所述無線電電話裝置包括用于接收所述聲音信號并且分別用于提供第一(z1)和第二(z2)輸入信號的兩個麥克風(M1，M2)，所述方法還包括對所述第一和第二輸入信號進行空間濾波，從而提供噪聲基準信號(x2)和已改善的靠近嘴巴的信號(x1)的步驟，用于對所述濾波步驟提供信號(x1，x2)進行頻譜相減，從而提供輸出信號(y)的處理步驟。
9.如權利要求8所述的噪聲抑制方法，其中所述處理步驟用于根據所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度和衰減函數(shù)的乘積，計算所述輸出信號的頻譜幅度，該衰減函數(shù)依賴于所述已改善的靠近嘴巴的信號的頻譜幅度，所述已改善的靠近嘴巴的信號的平穩(wěn)部分的估計的加權頻譜幅度，以及所述噪聲基準信號的加權頻譜幅度之間的差，所述衰減函數(shù)的值不小于一個門限，該門限是一個固定值和所述方向指示的函數(shù)之間的最大值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電話裝置，包括靠近嘴巴的麥克風(M1)，用于拾取輸入的聲音信號，該聲音信號包括說話人的話音信號(S1)和不需要的噪聲信號(N1，D1)；遠離嘴巴的麥克風(M2)，除了拾取近端說話人的話音信號(S2)以外，還用于拾取不需要的噪聲信號(N2，D2)，所述說話人的話音信號的電平低于所述靠近嘴巴的麥克風的信號的電平；方向傳感器，用于測量所述移動裝置的方向指示。該電話裝置還包括音頻處理單元，該音頻處理單元包括自適應波束形成器(BF)，連接到所述靠近嘴巴的麥克風和遠離嘴巴的麥克風；還包括空間濾波器，用于對所述兩個麥克風提供的輸入信號(z1，z2)進行空間濾波；以及頻譜后處理器(PP)，用于對所述波束形成器提供的信號(x1，x2)進行后處理，分離需要的話音信號和不需要的噪聲信號，從而提供輸出信號(y)。
文檔編號G10L21/0208GK101015001SQ200580029986
公開日2007年8月8日 申請日期2005年8月11日 優(yōu)先權日2004年9月7日
發(fā)明者哈爾姆·讓·威廉·貝爾特, 科內利斯·彼得·揚瑟, 伊沃·萊昂·迪亞娜·瑪麗·默克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司