專利名稱：降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)、方法與應用的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)、方法與應用的裝置，特別涉及應用于麥克風陣列，通過即時的噪音抑制程序提供較好的通話品質(zhì)的系統(tǒng)與其應用的裝置。
背景技術：
為了解決通話時環(huán)境噪音造成的困擾，公知技術提出利用雙麥克風陣列 (microphone array)降低環(huán)境噪音的技術，原理是設置一個接收語音與附近噪音的主麥克風，再于一個距離以外的位置設置另一個接收環(huán)境噪音的次要麥克風，兩個麥克風所接收的信息通過計算可以有效消除環(huán)境噪音，改善通話品質(zhì)?？蓞⒖紙D1顯示公知技術設置有兩個麥克風的通信裝置，比如美國專利公開第 6，549, 586號。其中顯示的通信裝置具有兩個麥克風，分別是遠離嘴巴的第一麥克風101與接近嘴巴的第二麥克風102。第一麥克風101因為遠離嘴巴，其主要工作即是收集背景噪音，但也可能會收到通話語音；而第二麥克風102即主要是收集通話語音，兩者的差異可以作為抑制噪音的用途。在此例中，為了先壓抑主要工作是收集背景噪音的第一麥克風101所收到的通話語音，信號經(jīng)過第一寄存器103后，由第一減法電路105處理降低通話語音來加強背景噪音的估計。相對地，由第二麥克風102所收集的通話語音與部分的背景噪音，信號經(jīng)暫存于第二寄存器104，其中第二減法電路106先參考由第一減法電路105經(jīng)延遲電路107提供先前 (前一時刻)所估計的背景噪音，因此第二減法電路106可以加強抑制由第二麥克風102所收集的背景噪音信號。之后，有第三減法電路108同時接收第一減法電路105所估計的背景噪音與第二減法電路106所估計的語音信號，經(jīng)參數(shù)調(diào)整后，可以得出經(jīng)噪音抑制處理的語音信號。之后輸出至反傅立葉轉(zhuǎn)換電路(inverse fast Fourier transform，IFFT) 109中，將離散時間的信號轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的頻域信號，之后由疊加處理器110組合信號，輸出語音信號。根據(jù)圖1 一般使用的麥克風陣列概念，之后更有公知技術如i^ortemedia 公司提出的美國專利第7，587，056號所揭示的麥克風陣列與抑制噪音的方法，其中進一步提出更細節(jié)的處理流程，包括信號調(diào)校(calibration)、波束形成(beamforming)、噪音估計與壓抑、時域-頻域轉(zhuǎn)換等的數(shù)字處理方案，以求得到更好的通話品質(zhì)。然而，公知技術仍存在有一些缺點，比如1.由于缺乏有效調(diào)校的機制，所以對麥克風的品質(zhì)要求較高；2.使用固定式的波束成形(fixed beamforming)電路提取語音信號，將會要求麥克風的增益匹配；3.因為是固定式的波束成形技術，所以語音將會夾雜較多的噪音，影響降噪的功能；如果想要進一步處理降噪，則可能導致語音失真的問題
發(fā)明內(nèi)容
為求得到更好的通話品質(zhì)，本發(fā)明特別利用即時的信號調(diào)校、適應性的波束形成技術與非線性的噪音抑制程序，以消除麥克風硬件差異或是設置位置產(chǎn)生的誤差，及最大程度減少噪音，與提升噪音抑制性能。本發(fā)明的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)包括一調(diào)校單元，耦接于一麥克風陣列，由該麥克風陣列接收一以主音頻為主的信號與一以環(huán)境噪音為主的信號，并根據(jù)接收到的主音頻或環(huán)境噪音的信息調(diào)校該麥克風陣列中各麥克風模塊的靈敏度，其中該系統(tǒng)接收到的主音頻或環(huán)境噪音的信息包括用于判斷當下音頻是否為主音頻部分的信息，與用于判斷當下信號是否為噪音的信息；一波束形成單元，耦接于該調(diào)校單元，接收經(jīng)調(diào)校的依據(jù)設計需求調(diào)整信號為適當?shù)母蓴_圖像，并產(chǎn)生主音頻部分相對極少的信號；一語音抽取單元，耦接于該波束形成單元，接收該主音頻部分相對極少的信號，與經(jīng)過調(diào)校的主音頻部分的信號，執(zhí)行一濾波手段，輸出經(jīng)過語音抽取的信號；一頻域轉(zhuǎn)換單元，耦接于該語音抽取單元，接收該主音頻部分相對極少的信號與該經(jīng)過語音抽取的信號，利用一快速傅立葉轉(zhuǎn)換執(zhí)行一時域-頻域轉(zhuǎn)換程序；一噪音抑制單元，耦接于該頻域轉(zhuǎn)換單元，執(zhí)行一非線性噪音抑制程序，接收經(jīng)時域-頻域轉(zhuǎn)換的信號，計算得出用于降噪的增益；一反頻域轉(zhuǎn)換單元，耦接于該噪音抑制單元，利用該用于降噪的增益執(zhí)行降噪，并利用一反快速傅立葉轉(zhuǎn)換執(zhí)行一頻域-時域轉(zhuǎn)換；以及一疊加單元，耦接于該反頻域轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)重疊、相加與信號加總運算形成連續(xù)的音頻。本發(fā)明的應用裝置為應用上述降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)的具有兩個收音模塊的裝置。本發(fā)明的降低環(huán)境噪音的方法包括有接收由一麥克風陣列接收的主音頻部分的音頻與環(huán)境噪音部分的音頻；接收一主音頻與一環(huán)境音頻的信息，表示信號中是否具有主音頻部分或是環(huán)境噪音部分的信息；根據(jù)該主音頻與該環(huán)境音頻的信息決定一增益值；應用該增益值調(diào)校該麥克風陣列所接收的主音頻部分的音頻與環(huán)境噪音部分的音頻；執(zhí)行一波束形成的處理程序，判斷該麥克風陣列所接收的音頻間的差異是否超過一個預設門檻值，借以調(diào)整濾波的效果，產(chǎn)生一主音頻部分相對極少的信號；利用該主音頻部分相對極少的信號與該經(jīng)過調(diào)校的主音頻部分的信號的差異，與另一預設門檻值比較，借濾波產(chǎn)生其中主音頻的部分；對該主音頻部分相對極少的信號與具有該主音頻部分的信號執(zhí)行一時域-頻域轉(zhuǎn)換；利用一非線性噪音抑制運算估計一環(huán)境噪音；得出一降噪增益；執(zhí)行降噪； 以及執(zhí)行一頻域-時域轉(zhuǎn)換。根據(jù)實施例，降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)主要是應用在一具有兩個或兩個以上輸入端的收音模塊中，此收音模塊的輸入端特別設計用來主要接收語音或是特定音頻等主音頻部分，與主要接收環(huán)境噪音部分，以本發(fā)明實現(xiàn)的裝置為例，裝置具有一麥克風陣列，麥克風陣列則至少包括一個第一麥克風模塊與第二麥克風模塊。各麥克風模塊所接收的信號傳送至系統(tǒng)內(nèi)部，信號分別傳送至調(diào)校單元，通過調(diào)校各麥克風模塊收集聲音的靈敏度，能減低因為各麥克風模塊間的差異造成的誤差。接著， 更能利用適應性波束形成的技術調(diào)整信號，經(jīng)過門檻比對得出主音頻部分相對極少的信號。之后利用語音抽取單元執(zhí)行濾波，以此得出主音頻為主的信號。之后將以主音頻為主的信號與以環(huán)境噪音為主的信號同時由時域轉(zhuǎn)換為頻域，再由噪音抑制單元執(zhí)行非線性噪音抑制，產(chǎn)生用于抑制噪音的降噪增益，此增益能有效降低噪音。
上述在語音抽取與噪音抑制的過程中能夠反饋相關信息到系統(tǒng)前端，使得在信號 調(diào)校時能參考信號的信息，包括該段音頻是否為語音的部分，或是只是環(huán)境噪音。接著，反頻域轉(zhuǎn)換單元將利用降噪增益執(zhí)行調(diào)整，并將信號轉(zhuǎn)換至時域中，再利用 疊加與加總等程序形成一連續(xù)輸出的音頻。根據(jù)實施例，應用上述麥克風陣列的噪音抑制方法則主要先接收麥克風陣列所收 集的音頻，系統(tǒng)根據(jù)之前信號判斷是否具有主音頻部分或是環(huán)境噪音部分的信息決定增 益，能用于調(diào)校目前音頻。經(jīng)增益匹配的信號接著執(zhí)行波束形成的處理程序，利用預設門檻值來調(diào)整濾波的 效果，以有效得出環(huán)境噪音的部分。再將經(jīng)調(diào)校的主音頻部分與環(huán)境噪音部分的信號比對，利用另ー預設門檻值調(diào)整 濾波的效果，能夠提取于主音頻的部分。經(jīng)轉(zhuǎn)換至頻域后，選擇性地進行信號平滑運算與抽取運算，調(diào)整到適當?shù)男盘柦?折度，并利用一種非線性噪音抑制的運算由上述頻域中的兩組信號估計出環(huán)境噪音的程 度，進而得出用于調(diào)整降噪的增益。最后利用此降噪増益對連續(xù)的音頻在頻域中執(zhí)行降噪。本發(fā)明可以有效抑制通話時的環(huán)境噪音，而提高音頻或語音通信過程中的清晰度 與舒適度，不致被太多的環(huán)境噪音所影響；執(zhí)行即時的信號校準；能夠最大程度地減少音 頻中夾雜的噪音，有利于提升后端非線性噪音抑制相關模塊的性能。


圖1顯示為公知技術雙麥克風通信裝置電路方框圖；圖2顯示為本發(fā)明降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)的模塊化功能方框圖；圖3顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中調(diào)校単元的實施例的一工作流程圖；圖4顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中波束形成単元的模塊化功能方框圖；圖5顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中語音抽取單元的模塊化功能方框圖；圖6顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中頻域轉(zhuǎn)換單元的模塊化功能方框圖；圖7顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中噪音抑制単元的模塊化功能方框圖；圖8顯示為本發(fā)明系統(tǒng)中反頻域轉(zhuǎn)換單元的模塊化功能方框圖；圖9顯示為應用本發(fā)明系統(tǒng)所執(zhí)行的降低環(huán)境噪音的方法。上述附圖中的附圖標記說明如下第一麥克風101第二麥克風102第一寄存器103第二寄存器104第一減法電路105第二減法電路106延遲電路107第三減法電路108反傅立葉轉(zhuǎn)換電路109 疊加處理器110信號M1，M2，Si, S2，R1，A1，SFl, PI, P2, NFl, Gl, SOI, Pol, Po2, SSI, SS2, SNl, SN2, PSl，PS2, PRl，Al, FAl，F(xiàn)Rl，GPl參數(shù)V1，V2增益 GO，Gl，IGl第一麥克風模塊201第二麥克風模塊202調(diào)校單元203波束形成単元204
語音抽取單元205噪音抑制單元207疊加單元209
頻域轉(zhuǎn)換單元206 反頻域轉(zhuǎn)換單元208 增益 Gain, Gainl, Gain2 語音檢測單元403，503 延遲單元407，509 語音確認單元507 平滑與抽取單元602，604 增益校正單元703 反傅立葉轉(zhuǎn)換單元803 功率計算單元401，501濾波單元405，505功率計算單元501 傅立葉轉(zhuǎn)換單元601，603噪音估計單元701內(nèi)插單元801步驟S301 S311調(diào)校單元的工作流程步驟S901 S921降噪流程
具體實施例方式根據(jù)本發(fā)明實施例，在一實施例中，主要是應用在一具有兩個或兩個以上輸入端的收音模塊中，其中輸入端則可為兩個或以上的麥克風模塊，收音模塊則包括此兩個麥克風模塊形成的麥克風陣列，目的是通過兩個收集不同位置的聲音，經(jīng)過軟件或是硬件的實現(xiàn)，能估計出背景噪音，進而得出品質(zhì)較好的音頻或是語音信號。根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)的技術，具有至少幾個優(yōu)點1.可以有效抑制通話時的環(huán)境噪音，而提高音頻或語音通信過程中的清晰度與舒適度，不致被太多的環(huán)境噪音所影響；2.本發(fā)明所提出的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)能執(zhí)行即時的信號校準(calibration)， 經(jīng)過實驗，可以容忍各麥克風模塊有士6dB(分貝)的增益差；3.此系統(tǒng)中引入適應性波束成形(adaptive beamforming)技術提取出一般音頻，包括語音的信號，能夠最大程度地減少音頻中夾雜的噪音，有利于提升后端非線性噪音抑制(non-linear noise suppress)相關模塊的性能。然而本發(fā)明所提出的降低環(huán)境噪音除了應用于特定麥克風系統(tǒng)外，也能應用于具有兩個收音模塊的裝置上，且仍可擴展至多個麥克風形成的陣列，并非以本文所描述的實施例為限。實施例可參考圖2。圖中顯示本發(fā)明降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)的模塊化功能方框圖，實施例利用兩個輸入端的收音模塊，用以接收一以主音頻為主的信號與一以環(huán)境噪音為主的信號，輸入端可為包括第一麥克風模塊201與第二麥克風模塊202形成的麥克風陣列。此例中，第一麥克風模塊201特別是設計用于收集欲接收的語音信號或是特定音頻，若用于通信裝置上，可設置于接近嘴部的位置；第二麥克風模塊202則是設計用于收集環(huán)境噪音，若用于通信裝置上，可設置于離開第一麥克風模塊201有一定距離的位置上，降低收集到語音信號或是特定音頻的比例。各麥克風模塊所接收的信號傳送至系統(tǒng)內(nèi)部，本發(fā)明所提出的系統(tǒng)可以一集成電路(IC)實現(xiàn)，或是通過軟件手段實施。系統(tǒng)主要包括有相互電性連接的能即時線上調(diào)校 (real-time online calibration)收音模塊所接收的音頻的調(diào)校單元203、為能夠根據(jù)實際需要調(diào)整接收能量的波束形成單元204、用于提取主音頻部分的語音抽取單元(speech extractor) 205、執(zhí)行時域/頻域信號轉(zhuǎn)換的頻域轉(zhuǎn)換單元(如可變頻率解析轉(zhuǎn)換電路， variable frequency resolution transformer, VFRT) 206、可執(zhí)行非線性噪音抑制的噪音抑制單元207、執(zhí)行頻域/時域信號轉(zhuǎn)換的反頻域轉(zhuǎn)換單元(如反可變頻率解析轉(zhuǎn)換電路，inverse variable frequency resolution transformer) 208 與執(zhí)行信號重疊力口總 (overlap-add-sum)的疊力口單元 209。運作時，收音模塊中的輸入端，如圖示中第一麥克風模塊201可設置于距離主要音頻來源較近的位置，主要收集的聲音為音頻來源所產(chǎn)生的音頻；輸入端如第二麥克風模塊202則可設置于離開音頻來源稍遠的位置，主要用以收集環(huán)境噪音與可能會收集到部分的音頻(包括語音)。各麥克風模塊201，202產(chǎn)生的信號分別標示為Ml與M2。信號Ml與M2分別傳送至調(diào)校單元203，調(diào)校單元203耦接于上述收音模塊，實際實現(xiàn)為麥克風陣列，主要是根據(jù)系統(tǒng)中接收到的主音頻或環(huán)境噪音的信息(包括由語音抽取單元產(chǎn)生用于判斷當下音頻是否為主音頻部分的信息SF1，與噪音抑制單元產(chǎn)生用于判斷當下信號是否為環(huán)境噪音的信息NFl)調(diào)校各麥克風模塊收集聲音的靈敏度，能減低因為各麥克風模塊間的差異(比如硬件設計的差異、制造過程產(chǎn)生的誤差、其中電路的差異等)造成的誤差，在輸入端的調(diào)校可以確保之后信號品質(zhì)。上述主音頻或環(huán)境噪音的信息即為系統(tǒng)中后端元件所判斷得出的信號信息(NFl與SFl)。由調(diào)校單元203處理后，分別產(chǎn)生信號Sl (主音頻部分)，S2 (環(huán)境音頻部分)，再分別傳輸至耦接于調(diào)校單元203的波束形成單元(beamforming)204。各麥克風模塊接收聲音的方向或角度代表所接收的信號能量，為了獲得較適當?shù)慕邮漳芰?，除了可以調(diào)整麥克風角度外，更能通過波束形成的技術，針對由多個麥克風模塊形成的麥克風陣列所收集的聲波，聲波之間會相互干擾，產(chǎn)生干擾圖像(interference pattern)，對此依據(jù)設計需求調(diào)整成適當?shù)母蓴_圖像。信號經(jīng)由波束形成單元204處理后，可產(chǎn)生語音信號或是特定音頻(主音頻部分) 相對極少的信號R1，根據(jù)圖示，代表主音頻部分的信號Sl與此主音頻極少的信號Rl同時傳輸至語音抽取單元205。此語音抽取單元205主要執(zhí)行一濾波手段，經(jīng)比對信號Sl與R1， 輸出的信號SFl將反饋至調(diào)校單元203作為前后信號的調(diào)校參考，提供此段音頻是否主要有欲收集的語音信號或是特定音頻(比如SFl = 0表示音頻主要為環(huán)境噪音；SFl = 1則表示具有欲收集的語音信號或是特定音頻)，輸出經(jīng)過語音抽取的信號Al。頻域轉(zhuǎn)換單元206耦接于語音抽取單元205，接收上述主音頻部分相對極少的信號Rl與經(jīng)過語音抽取的信號Al，也就是分別接收了主音頻部分與環(huán)境噪音部分的信號，以執(zhí)行一時域-頻域轉(zhuǎn)換程序，將信號由時域(time domain)轉(zhuǎn)換為頻域(frequency domain)上，主要實施例是通過快速傅立葉轉(zhuǎn)換(Fast Fourier Transformation)運算，分別產(chǎn)生頻域信號Pl與P2。接著，噪音抑制單元207由頻域轉(zhuǎn)換單元206接收頻域信號Pl與P2，借此估計出環(huán)境噪音，并產(chǎn)生用于降低噪音的增益(gain)，即信號G1。另產(chǎn)生用于表達當下信號是否為噪音的信號NF1，反饋至調(diào)校單元203作為前后信號的調(diào)校參考。反頻域轉(zhuǎn)換單元208接收增益信號Gl與頻域信號P1，利用增益信號Gl作為內(nèi)插法的依據(jù)，與信號Pl運算反快速傅立葉轉(zhuǎn)換(inverse Fast Fourier iTransformation)，將頻域信號轉(zhuǎn)換為時域中，產(chǎn)生時域信號S01。最后，各時段的信號SOl將經(jīng)疊加單元209加總，形成一連續(xù)輸出的音頻。上述各模塊單元的運作細節(jié)可接著參考以下各圖示與流程，當中各模塊當可以軟件手段或是硬件電路實現(xiàn)。圖3顯示為本發(fā)明降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)中調(diào)校單元203實施例的一的工作流程圖，其中系統(tǒng)先接收由上述第一麥克風模塊201與第二麥克風模塊202產(chǎn)生的信號Ml與 M2，在此實施例中，Ml為主要為主音頻部分的信號，通常同時包括有語音信號與環(huán)境噪音， 而M2則主要為環(huán)境噪音的信號，但仍會包括部分語音信號。先如步驟S301，信號SFl為上述語音抽取單元205所產(chǎn)生的信號，信號經(jīng)語音抽取的程序，通過信號SFl表達所含的信號內(nèi)容，若SFl = 0，表示音頻主要為環(huán)境噪音(否)， 步驟將直接進入步驟S310 ；若SFl = 1，則表示信號具有欲收集的語音信號或是特定音頻 (是)，信息將帶入步驟S303，作為計算參考，并帶入步驟S304，作為累加次數(shù)的參考。相對地，如步驟S302，信號NFl為上述噪音抑制單元207產(chǎn)生反饋的信號，以此判斷信號是否為環(huán)境噪音，如NFl = 0(否)，也就是判斷當下的信號為主音頻部分，步驟到 S310進行整合；若NFl = 1(是)，信息將帶入步驟S303，以此為參考計算功率，或帶入步驟 S305，作為累加環(huán)境噪音次數(shù)的參考。如步驟S303，計算信號Ml與M2的功率(能量)，并分別產(chǎn)生能量Pol與Po2，能量 Pol與Po2將分別作為執(zhí)行如步驟S304與S305中信號判斷步驟的參考。在步驟S304中，若接收的信號為語音信號或是特定音頻，將累加次數(shù)(Cntl)，若累加次數(shù)尚未超過一門檻值(Cntl<Thl)(否)，先執(zhí)行步驟S310 ；若累加次數(shù)超過這門檻值(是)，則于步驟S308中計算增益(Gainl)。上述信號Pol與Po2中的主音頻部分經(jīng)能量累加(步驟S304)后，記載于信號SSl 與SS2中。當步驟S306判斷主音頻部分的次數(shù)(Cntl)已超過特定門檻(Cntl >= Thl)， 上述經(jīng)累加的信號SSl與SS2則會于步驟S308計算后得出增益feiinl。另一方面，圖示右方的流程將處理環(huán)境噪音的部分，經(jīng)計算出的功率值Pol與 Po2，匯同信號NFl所帶的信息(NFl = O表示非環(huán)境噪音；NFl = 1表示為環(huán)境噪音)，于步驟S305累加為環(huán)境噪音的信號次數(shù)(Cnt2)，并累加環(huán)境噪音的功率(能量)，信息載于信號 SNl 與 SN2。當累加的環(huán)境噪音次數(shù)達到一門檻(Cnt2 >= Th2)時，步驟將進入S309，由信號 SNl與SN2所載的信息計算增益(Gain2)，產(chǎn)生增益；若累加的環(huán)境噪音信號次數(shù)尚未達到門檻(Cnt2 < TM)，步驟將直接至S310處理。步驟S310是融合(gain fusion)各增益feiinl與feiin2，并參考自信號SFl與NFl 所載主音頻部分或環(huán)境噪音部分的信息，進行整合得出增益fein。其中決定增益feiin的方式可有多種，其中之一是由于音頻不斷地進入此系統(tǒng)中，有時步驟S310僅獲得Gainl的信息，有時就僅有&iin2的信息，若是沒有feiinl與fetin2，則增益feiin為1。除了圖3所描述的程序與判斷外，各增益Gain，Gainl, Gain2的計算為一般技術，為本領域技術人員可據(jù)以得出。最后，如步驟S311，增益kin將施加于第一麥克風模塊產(chǎn)生的信號Ml與第二麥克風模塊產(chǎn)生的信號M2上，分別輸出經(jīng)增益調(diào)整后的信號Sl與S2。
圖4則接著顯示本發(fā)明系統(tǒng)中波束形成單元204的模塊化功能方框圖，圖中顯示的各單元方框可以軟件手段實現(xiàn)，或是可以硬件電路實現(xiàn)。圖中顯示的波束形成單元204接收經(jīng)增益調(diào)整的信號Sl與S2，先經(jīng)過功率計算單元401分別計算出信號功率(能量)，產(chǎn)生信號PSl與PS2。接著通過語音檢測單元403檢測信號中的主音頻部分，包括語音部分、特定音頻等。根據(jù)實施例，可先通過語音檢測單元 403判斷PSl與PS2的能量差異是否大于預設門檻(第一預設門檻)，根據(jù)此門檻決定參數(shù) VI，以此參數(shù)Vl控制濾波單元405中的濾波系數(shù)(filter coefficient)。通過一個延遲單元407延遲信號Sl與直接進入濾波單元405的信號S2，經(jīng)此濾波手段產(chǎn)生語音信號較少的信號Rl。之后，可參考圖5顯示系統(tǒng)中語音抽取單元205的模塊化功能方框圖，語音抽取單元205同樣可以軟件手段實現(xiàn)，或是可以硬件電路實現(xiàn)。語音抽取單元205接收語音信號較少的信號Rl (主要為環(huán)境噪音)與之前經(jīng)增益調(diào)整后的信號Sl (主要為主音頻部分)，同樣先通過功率計算單元501計算出單獨的功率， 產(chǎn)生信號PSi (已由波束形成單元204中的功率計算單元401產(chǎn)生)與rai，通過語音檢測單元503判斷兩個能量的差異是否大于另一預設門檻(第二預設門檻)，以此根據(jù)產(chǎn)生參數(shù) V2，用以控制濾波單元505中的濾波系數(shù)，能夠產(chǎn)生適應性(adaptive)的濾波效果。圖示中濾波單元505同時接收經(jīng)延遲單元509延遲的信號Sl與信號Rl，借此產(chǎn)生具有主音頻部分的信號，也就是主要為語音信號與特定音頻的輸出信號Al。語音抽取單元205中具有一個語音確認(speech confirm)單元507，語音確認單元507提取信號PSl與rai，從其中判斷出此時通過的信號是否為語音信號或特定音頻，如果是就可設定信號SFl = 1 ；反之，設定信號SFl = 0。信號SFl將反饋至調(diào)校單元203作為調(diào)校麥克風信號的參考。接著，可參考圖6所示系統(tǒng)中頻域轉(zhuǎn)換單元206的模塊化功能方框圖，頻域轉(zhuǎn)換單元206接收信號Al與語音信號較少的信號Rl，此為時域轉(zhuǎn)為頻域的軟件手段或是硬件電路。特別的是，信號Al與Rl分別通過傅立葉轉(zhuǎn)換單元601與603進行快速傅立葉轉(zhuǎn)換， 產(chǎn)生的頻域信號為FAl與FR1，并且進行信號轉(zhuǎn)換時，可通過取樣(sampling)的機制降低計算量。頻域信號為FAl與FR1，接著可繼續(xù)分別經(jīng)過平滑與抽取單元602，604執(zhí)行平滑 (smoothing)運算與抽取(decimating)運算，能在不失真的情況下刪除干擾的信號、運作較少的信號降低運算成本，能優(yōu)化信號處理流程。然而，此程序為選擇性，并非必要。最后分別產(chǎn)生信號Pl與P2。經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后的信號Pl與P2傳遞至噪音抑制單元207，可參考圖7所示系統(tǒng)中噪音抑制單元207的模塊化功能方框圖。噪音抑制單元207同樣可為軟件手段實現(xiàn)，或是可以硬件電路實現(xiàn)，在本發(fā)明實施例，此為后段的噪音抑制手段，可以忽略。噪音估計單元701主要是執(zhí)行非線性噪音抑制程序(non-linear noise suppression)，能夠根據(jù)信號Pl與P2估計出環(huán)境噪音，并計算得出信號調(diào)整用的增益G0， 同時產(chǎn)生信號NF1，也就是輸入至調(diào)校單元203中的參考信號，以此表示該段信號是否主要為環(huán)境噪音，比如若為環(huán)境噪音，可設定NFl = 1 ；若為主音頻部分，則設定NFl = 0。產(chǎn)生的增益GO可再經(jīng)增益校正單元703處理，輸出用于降噪用的增益G1。
增益Gl之后傳遞至反頻域轉(zhuǎn)換單元208，反頻域轉(zhuǎn)換單元208再接收上述載有主音頻部分的信號P1，根據(jù)增益Gl進行調(diào)整，實現(xiàn)降噪的目的。反頻域轉(zhuǎn)換單元208內(nèi)部實現(xiàn)可參考圖8所示的模塊化功能方框圖。經(jīng)非線性噪音抑制過程后產(chǎn)生的增益Gl將可有效抑制主音頻部分的噪音，增益信號Gl先經(jīng)內(nèi)插(interpolation)單元801調(diào)整回時域中的增益IG1，與信號Pl逐點對應相乘，產(chǎn)生頻域信號GP1，最后經(jīng)反傅立葉轉(zhuǎn)換單元803轉(zhuǎn)換回時域的信號，輸出信號S01。疊加單元209耦接于反頻域轉(zhuǎn)換單元208，接收其輸出的信號S01，此信號在時域中以波形表示，疊加單元209將聲波經(jīng)重疊(overlapping)、相加(adding)與信號加總 (summing)等運算形成連續(xù)的音頻輸出。經(jīng)上述各電路模塊，本發(fā)明所應用的方法則歸納為圖9所示為應用本發(fā)明提出的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)所執(zhí)行的降低環(huán)境噪音的方法流程。根據(jù)本發(fā)明實施例，上述各功能方框可以軟件手段執(zhí)行，程序可程式化于一內(nèi)嵌芯片中，或是可載入系統(tǒng)中處理器的存儲器中。麥克風陣列中至少具有一個主要接收主音頻部分的第一麥克風模塊與另一個主要接收環(huán)境噪音部分的第二麥克風模塊，特別是應用于通信裝置上，能夠有效抑制環(huán)境噪音而改善通話品質(zhì)。如圖9所示應用本發(fā)明系統(tǒng)所執(zhí)行的降低環(huán)境噪音的流程。經(jīng)收音模塊(如麥克風陣列)收集音頻后(步驟S901)，至少包括的兩組信號分別通過調(diào)校降低因為麥克風的設計差異形成的誤差，包括執(zhí)行增益匹配。利用調(diào)校單元接收一主音頻與一環(huán)境音頻的信息，主要是包括系統(tǒng)根據(jù)之前信號判斷是否具有主音頻部分或是環(huán)境噪音部分的信息(步驟S903)，借以決定一增益值，應用此增益值調(diào)校目前音頻，即麥克風陣列所接收的主音頻部分的音頻與環(huán)境噪音部分的音頻(步驟S905)。此調(diào)校過程為持續(xù)進行的程序，故可以掌握隨時麥克風與環(huán)境的狀況，提供較佳的通話品質(zhì)。經(jīng)增益匹配的信號接著執(zhí)行波束形成的處理程序，主要是針對各麥克風模塊收音的狀態(tài)進行調(diào)整，比如判斷兩個麥克風模塊接收的音頻間的差異是否超過一個預設門檻值的狀況來調(diào)整濾波的效果，以有效得出環(huán)境噪音的部分(步驟S907)。接續(xù)于步驟S905，方法步驟S907利用上述得出的環(huán)境噪音部分(主音頻部分相對極少的信號)，借以與第一麥克風模塊得出且經(jīng)過調(diào)校的主音頻部分的信號比對，其差異同樣再與另一預設門檻值比較，用來調(diào)整濾波的效果，能夠提取于主音頻的部分(步驟 S909)。通過上述步驟S905與步驟S907分別得出環(huán)境噪音部分與主音頻部分，接著執(zhí)行時域-頻域轉(zhuǎn)換(步驟S911)，比如利用快速傅立葉轉(zhuǎn)換程序?qū)⑿盘栍跁r域中轉(zhuǎn)換為頻域上的信號，可再選擇性地進行信號平滑運算與抽取運算，調(diào)整到適當?shù)男盘柦馕龆?，最后再利用疊加程序還原信號，用適當節(jié)省的運算資源產(chǎn)生好的通話品質(zhì)。經(jīng)時域-頻域轉(zhuǎn)換后，利用一種非線性噪音抑制的運算由上述頻域中的兩組信號估計出環(huán)境噪音的程度(步驟S913)，進而得出用于調(diào)整降噪的降噪增益(步驟S915)。最后利用此降噪增益對連續(xù)的音頻在頻域中執(zhí)行降噪(步驟S917)，再轉(zhuǎn)換為時域信號，如應用反快速傅立葉轉(zhuǎn)換(步驟S919)，最后再經(jīng)信號重疊與加總流程后輸出(步驟 S921)。上述降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)與其方法則特別應用于具有兩個輸入端的裝置上。
綜上所述，本發(fā)明所揭示的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)，其中通過信號調(diào)校、波束形成、 語音抽取、頻域/時域轉(zhuǎn)換、噪音抑制與疊加的程序后，對麥克風陣列中各麥克風輸出的信號進行即時處理，隨時根據(jù)情況改變增益，可以有效抑制通話時的環(huán)境噪音，而提高音頻或語音通信過程中的清晰度與舒適度，同時在麥克風的選擇上可有更大的彈性。以上所述僅為本發(fā)明的較佳可行實施例，非因此即局限本發(fā)明的專利范圍，故舉凡運用本發(fā)明說明書及圖示內(nèi)容所為的等效結(jié)構(gòu)變化，均同理包含于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述的系統(tǒng)包括一調(diào)校單元，耦接于一麥克風陣列，由該麥克風陣列接收一以主音頻為主的信號與一以環(huán)境噪音為主的信號，并根據(jù)接收到的主音頻或環(huán)境噪音的信息調(diào)校該麥克風陣列中各麥克風模塊的靈敏度，其中該系統(tǒng)接收到的主音頻或環(huán)境噪音的信息包括用于判斷當下音頻是否為主音頻部分的信息，與用于判斷當下信號是否為噪音的信息；一波束形成單元，耦接于該調(diào)校單元，接收經(jīng)調(diào)校的依據(jù)設計需求調(diào)整信號為適當?shù)母蓴_圖像，并產(chǎn)生主音頻部分相對極少的信號；一語音抽取單元，耦接于該波束形成單元，接收該主音頻部分相對極少的信號，與經(jīng)過調(diào)校的主音頻部分的信號，執(zhí)行一濾波手段，輸出經(jīng)過語音抽取的信號；一頻域轉(zhuǎn)換單元，耦接于該語音抽取單元，接收該主音頻部分相對極少的信號與該經(jīng)過語音抽取的信號，利用一快速傅立葉轉(zhuǎn)換執(zhí)行一時域-頻域轉(zhuǎn)換程序；一噪音抑制單元，耦接于該頻域轉(zhuǎn)換單元，執(zhí)行一非線性噪音抑制程序，接收經(jīng)時域-頻域轉(zhuǎn)換的信號，計算得出用于降噪的增益；一反頻域轉(zhuǎn)換單元，耦接于該噪音抑制單元，利用該用于降噪的增益執(zhí)行降噪，并利用一反快速傅立葉轉(zhuǎn)換執(zhí)行一頻域-時域轉(zhuǎn)換；以及一疊加單元，耦接于該反頻域轉(zhuǎn)換單元，經(jīng)重疊、相加與信號加總運算形成連續(xù)的音頻。
2.如權利要求1所述的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述的語音抽取單元中具有一個語音確認單元，用以產(chǎn)生該判斷當下音頻是否為主音頻部分的信息；該噪音抑制單元具有一噪音估計單元，該噪音估計單元產(chǎn)生該用于判斷當下信號是否為噪音的信息。
3.如權利要求1所述的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述的波束形成單元具有一濾波單元，利用一第一預設門檻決定該濾波單元的濾波系數(shù)，據(jù)以產(chǎn)生該主音頻部分相對極少的信號。
4.如權利要求3所述的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)，其特征在于所述的語音抽取單元具有另一濾波單元，利用一第二預設門檻決定其中濾波系數(shù)，據(jù)以產(chǎn)生具有主音頻部分的信號。
5.一種應用如權利要求1所述的降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)的裝置，其特征在于，具有兩個收音模塊。
6.一種降低環(huán)境噪音的方法，其特征在于所述的方法包括有 接收由一麥克風陣列接收的主音頻部分的音頻與環(huán)境噪音部分的音頻；接收一主音頻與一環(huán)境音頻的信息，表示信號中是否具有主音頻部分或是環(huán)境噪音部分的信息；根據(jù)該主音頻與該環(huán)境音頻的信息決定一增益值；應用該增益值調(diào)校該麥克風陣列所接收的主音頻部分的音頻與環(huán)境噪音部分的音頻；執(zhí)行一波束形成的處理程序，判斷該麥克風陣列所接收的音頻間的差異是否超過一個預設門檻值，借以調(diào)整濾波的效果，產(chǎn)生一主音頻部分相對極少的信號；利用該主音頻部分相對極少的信號與該經(jīng)過調(diào)校的主音頻部分的信號的差異，與另一預設門檻值比較，借濾波產(chǎn)生其中主音頻的部分；對該主音頻部分相對極少的信號與具有該主音頻部分的信號執(zhí)行一時域-頻域轉(zhuǎn)換；利用一非線性噪音抑制運算估計一環(huán)境噪音； 得出一降噪增益； 執(zhí)行降噪；以及執(zhí)行一頻域-時域轉(zhuǎn)換。
7.如權利要求6所述的降低環(huán)境噪音的方法，其特征在于所述的時域-頻域轉(zhuǎn)換執(zhí)行一快速傅立葉轉(zhuǎn)換程序，經(jīng)該快速傅立葉轉(zhuǎn)換程序的信號再進行一信號平滑運算。
8.如權利要求7所述的降低環(huán)境噪音的方法，其特征在于，經(jīng)該信號平滑運算的信號， 再經(jīng)一抽取運算。
9.如權利要求6所述的降低環(huán)境噪音的方法，其特征在于，經(jīng)過該頻域-時域轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)信號重疊與加總流程后輸出。
10.如權利要求6所述的降低環(huán)境噪音的方法，其特征在于所述的波束形成的處理程序利用一第一預設門檻決定其中濾波系數(shù)，據(jù)以產(chǎn)生該主音頻部分相對極少的信號；再利用一第二預設門檻決定其中濾波系數(shù)，據(jù)以產(chǎn)生該具有主音頻部分的信號。
全文摘要
一種降低環(huán)境噪音的系統(tǒng)、方法與應用的裝置，特別是應用于具有至少兩個輸入端的收音模塊，能夠分別接收涵蓋主音頻的部分與涵蓋多數(shù)環(huán)境噪音的音頻，經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行信號調(diào)校降低輸入端間的差異，分別利用適應性波束形成與語音抽取的技術得出主音頻極少的環(huán)境噪音部分與環(huán)境噪音極少的主音頻部分，經(jīng)頻域轉(zhuǎn)換后，利用非線性噪音抑制的技術估計出系統(tǒng)所接收的環(huán)境噪音并得出一增益，借此增益執(zhí)行降噪，最后再經(jīng)過一次時域轉(zhuǎn)換產(chǎn)生連續(xù)輸出的音頻。本發(fā)明可以有效抑制通話時的環(huán)境噪音，而提高音頻或語音通信過程中的清晰度與舒適度，不致被太多的環(huán)境噪音所影響；執(zhí)行即時的信號校準；最大程度地減少音頻中夾雜的噪音。
文檔編號G10L21/02GK102376309SQ20101025770
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權日2010年8月17日
發(fā)明者李岳鵬, 邱鋒海, 高華 申請人:驊訊電子企業(yè)股份有限公司