[发明专利]单一麦克风的实时动态语音降噪方法

说明书

技术领域

本发明涉及语音降噪技术领域，尤其是涉及到可随着环境的语音和噪声的变化而实时动态对麦克风进行语音降噪的方法。

背景技术

噪声问题由来已久，背景噪声问题俱语音设备而同生。为了解决扩声、录音和通讯中麦克风拾取背景噪声的问题，最原始的方法就是降低输入回路（包括麦克风的）增益，加强语音信号本身的强度（如大声说话、将麦克风贴近嘴唇等）。另一种方法是通过麦克风的特性来改善信噪比，如使用指向性麦克风，降低麦克风拾音空间噪声，达到降噪的目的。以上方法降噪的指标有限、对使用的方法和环境有限制，因此需要进一步的方法来降噪。由此，提出了模拟降噪和以数字信号处理（DSP）及其相关算法为技术支撑的数字降噪。例如：CN101848288A公开了“一种麦克风的模拟降噪系统及方法”，是利用麦克风阵列中的背景噪声麦克风拾取背景噪声，然后与语音拾音麦克风的信号相差，以抵消背景噪声；此方法与指向性麦克风是异曲同工之举；此类方法在麦克风的频谱增益配对及电路调节等实现上存在着难以克服的问题。目前大多数的方法是使用麦克风阵列DSP的方法，利用不同麦克风拾取的背景噪声的相关性，从背景噪声麦克风拾取的噪声，推算出语音麦克风拾取到的噪声信号，然后使用差分算法抵消掉语音麦克风中的噪声，达到降噪的目的。

目前发表的DSP降噪方法，都使用麦克风阵列，至少需要2支麦克风，这给系统机械结构设计带来不便，使生产加工复杂化，系统成本上升。此外，由于采用推算噪声而抵消的方法，不同位置的噪声存在差异性，无法获得深度降噪，一般降噪不大于6分贝；同时，会在语音信号中附加人为噪声；由于使用最小二乘法推算噪声信号，计算量大，现有的算法只能应用在窄带（300Hz-3400Hz）语音通信系统中，很难满足新一代宽频（50Hz-7000Hz）或全频（20Hz-20000Hz）通信系统中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种只采用单一麦克风，随着环境的语音和噪声的变化而实时动态地语音降噪的方法，该语音降噪方法的算法计算量少，可适用于从窄带到全频带的应用。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：

一种单一麦克风的实时动态语音降噪方法，其特征在于包括以下步骤：

一、将麦克风的输入信号由子带滤波器组滤波分割为不同频率的子带信号，并将其调制后下采样子带信号；

二、对子带信号进行统计分析，识别并分离语音信号和噪声信号，对语音和噪声信号建模，实时地提取语音和噪声信号的特征；

三、针对语音信号和噪声信号特征，实时动态地设计自适应滤波器使其最大限度地滤除噪声并使语音通过；

四、使用上述设计的自适应滤波器对麦克风输入信号进行滤波；

五、将滤波后子带信号经子带合成滤波器合成还原为全带信号。

采用本发明所带来的有益效果：本发明只需要单一的麦克风拾取信号，随着环境的变化智能地分析识别语音和噪声信号、提取其特征并建模、由此而实时地设计修正滤波器以滤除噪声同时保留语音，简化了系统机械结构设计和生产加工，降低了系统成本，可获得深度降噪（最大可降噪大于15分贝），同时，降噪深度可控，无（或很低）人为噪声。本发明采用子带算法，降低了处理计算量，可适用于从窄带到全频带的应用，提高了系统的稳定性，提高处理效率。本发明可用于语音扩声、录音、通信等应用，在手机、电脑、机顶盒、本地扩声设备、远程通信设备、语音录音设备等系统中广泛应用。

附图说明

图1为本发明单一麦克风的实时动态语音降噪方法的算法示意图。其中S_mic是单一麦克风的采样信号，S’_mic是经降噪处理后的输出信号，控制指令用来控制是否作降噪处理和降噪的深度。

图2为麦克风的采样信号波形。其中较平坦的部分是背景噪声信号波形，较强的隆起部分是语音和噪声的混合信号波形。

图3为图2信号经本发明降噪处理后输出信号波形。从图中可看到背景噪声被大幅度降低，而语音的波幅没有明显变化。

具体实施方式

本发明与其他的使用麦克风阵列的降噪方法不同，提案一种只使用单一麦克风、利用自适应滤波器对语音降噪的方法。由于只需要一个麦克风，大大简化了系统机械结构设计生产，同时降低了电路成本。本发明可用于语音扩声、录音、通信等应用，在手机、电脑、机顶盒、本地扩声设备、远程通信设备、语音录音设备等系统中广泛应用。