[发明专利]一种基于声源距离的双麦克风噪声消除方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种麦克风噪声消除方法及装置，特别是关于一种基于声源距离的双麦克风噪声消除方法及装置。

背景技术

随着社会的发展及科技的不断进步，广泛应用的大型机械设备和飞机、火车等交通工具以及人类社会生活中产生的各种喧闹声，使得人们所处的工作及生活环境变得十分嘈杂。尽管人们一般采用近讲麦克风，通过缩短麦克风与嘴的距离来获取尽可能纯净的语音信号，但是在机场、车站等强噪声环境下，获得高信噪比的语音信号还是很困难的。

传统基于统计的单通道噪声消除方法，如谱减法、维纳滤波法、最小均方误差法、子空间法等对强噪声环境下复杂多变的随机性噪声、多点噪声、密闭空间中回响声的消除效果非常有限，存在噪声残留，损伤目标语音的问题。随着电子器件功能的不断增强、微小型化的迅速进步，双麦克风噪声消除装置逐渐成为可能。在专利CN102074245B,CN101976565中利用两个麦克风，采用波束形成技术，可接收来自特定方向的声音信号，同时抑制来自其它方向的噪声信号，进行一次消噪，而后再通过传统单麦克风技术中的维纳滤波等技术进行二次噪声抑制，以增强语音质量。该波束形成的噪声消除方法同样出现在专利CN101763858A,CN102347028,CN101828335A中；专利CN102347027中则将一个麦克风作为主信号源，另一个麦克风作为参考信号源，通过参考信号源的信号对主信号源的滤波器参数进行调节和噪声消除处理，专利CN101916567B中直接采用两路麦克风采集信号的互相关特性生成滤波器参数，对噪声进行消除，这两种技术的核心还是基于统计的单通道噪声消除方法。上述专利中采用的波束形成技术具有方向性，无法消除出现在同一方向上的噪声；同时，若目标信号的方向有变动，信号将也可能被消弱。而基于统计的单通道噪声消除方法，对随机噪声处理效果有限，存在噪声残留和语音损伤的不足。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于声源与两个麦克风在空间上的距离，而与声源所在方向、噪声是否平稳、噪声数量级类型等因素无关的双麦克风噪声消除方法及装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于声源距离的双麦克风噪声消除方法，其包括以下步骤：1）设置一包括两个麦克风、一信号处理模块、一噪声消除模块和一信号输出模块的噪声消除装置；2）所述两个麦克风将采集的声音信号通过导线分别传输给所述信号处理模块；3）所述信号处理模块将声音信号依次经过滤波、幅度调整和模数转换后转换为电信号发送给噪声消除模块；4）所述噪声消除模块中的信号时频分解模块将所述两个麦克风所采集的电信号时频分解为若干个时间-频率单元，并通过能量计算方法得到该电信号的时间-频率分帧单元能量；5）将靠近声源的麦克风的各时间-频率分帧单元的能量除以相应远离声源的麦克风的各时间-频率分帧单元的能量，得到各时间-频率分帧单元能量的比值，将该能量的比值作为两个麦克风的各时间-频率分帧单元的能量比；6）当一个时间-频率分帧单元能量的比值较前一个时间-频率分帧单元能量的比值变小时，对时间-频率分帧单元能量的比值较小的相应时间-频率分帧单元的能量比进行平滑处理，得到平滑后的若干时间-频率分帧单元能量的比值；7）根据噪声声源、目标语音声源与两麦克风的距离关系设定噪声分离阈值，将步骤6）得到的若干时间-频率分帧单元能量的比值与所述噪声分离阈值进行比较，并根据比较结果，确定噪声分帧单元，同时将噪声分帧单元的时间、频率编号记录下来，即噪声分帧单元的时间、频率编号的集合生成噪声分离模板；8）采用所述噪声分离模板对靠近声源的麦克风的时间-频率分帧单元能量进行噪声去除处理；9）将噪声消去除后的以目标语音为主的时间-频率分帧单元序列合成为时域音频信号；10）所述信号输出模块将时域音频信号输出得到目标语音，将目标语音用于放音或者通讯传输。

所述步骤6）中对时间-频率分帧单元能量的比值较小的相应时间-频率分帧单元的能量比进行平滑处理，所用平滑处理公式为：

DMED(t,f)＝α×DMED(t-1,f)+(1-α)×DMED(t,f)

式中，DMED为距主要目标声源近的麦克风与距主要目标声源远的麦克风的时间-频率分帧单元能量的比值，t,f分别为时间-频率分帧单元的时间和子带中心频率的编号，α＝e^-1/5为平滑因子，用于控制分帧单元能量比值变化的斜率。

所述步骤9）将噪声去除后的以目标语音为主的时间-频率分帧单元序列合成为时域音频信号，采用快速傅里叶变换逆变换、加权叠加反变换和伽马语调耳蜗综合滤波器中的一种。