[发明专利]用于采集体音信号的双麦克风自适应滤波算法及应用

说明书

本发明提供了一种用于采集体音信号的双麦克风自适应滤波算法，其特征在于：采用至少一主一副两个麦克风来采集信号；主麦克风用以采集带噪体音信号，副麦克风用以采集环境噪音；对主麦克风采集到的信号和副麦克风采集到的信号作相同的高通滤波处理；对高通滤波处理后的主麦克风信号和副麦克风信号采用归一化最小均方算法计算自适应滤波器权值并计算误差信号，以滤除主麦克风信号中的环境噪音；对误差信号作第一次低通滤波处理以复原体音信号，从而得到自适应滤波算法输出的体音信号。该算法既可实现滤波器权值快速收敛，又可避免信号失真，快速可靠地抑制环境噪声干扰。

技术领域

本发明涉及医学测量和信号处理技术领域，尤其涉及一种用于采集体音信号的双麦克风自适应滤波算法及应用。

背景技术

远程听诊令使用者足不出户即可享受远程医疗服务，使随时随地高效率就诊成为可能，极大地减轻慢性病患者随诊的成本。但远程听诊对听诊系统的抗噪能力要求很高：微弱的体音信号极易受到环境噪声的干扰，而远程听诊过程中，医生不了解患者所处环境的情况，难以判断所听到的异常声音为患者体音的杂音还是环境噪声，容易出现误诊。为此，远程听诊系统必须采取有效措施抑制环境噪声的干扰。

一种常见的方法是采用压电薄膜拾音器采集体音信号。压电薄膜拾音器采集的是位移信号，故不易受到环境噪声的干扰。但为保证灵敏度，其听诊头需进行特定的结构设计，成本偏高而不易推广至家庭用户。

电子听诊器的首选传感器之一是驻极体麦克风拾音器，其具有结构设计简单、成本低、动态范围宽等优点。但驻极体麦克风非常灵敏，即使封装于金属腔体内亦能采集到环境噪音，须设计配套的滤波方法方可用于远程听诊。但是远程听诊应用场合的多样性极大地增加了滤波方法设计的难度：环境噪声复杂多样，频率分布广，且无法建模，尤其是语音和音乐声等噪音与体音信号在时间分布和频段分布上均可能重叠，传统滤波方法不易滤除。

目前对环境噪声滤波最常见的方法之一为双麦克风自适应滤波，用主麦克风采集带噪体音信号，副麦克风采集环境噪音，副麦克风所测环境噪音作线性处理后用于抵消带噪体音信号中的噪音而实现去噪。自适应步长的合理取值是保证自适应滤波效果的关键，但其调节往往费时费力，难度很大。目前常用归一化最小均方算法依据环境噪声的幅值设定自适应步长，通常仅需对调节因子作有限几次调整即可实现滤波器权值快速收敛，极大地降低了自适应滤波算法调参的难度。

在归一化最小均方算法的应用中，调节因子η的合理取值非常重要：滤波器权值迭代依赖于调节因子ηW(k+1,i)＝W(k,i)+η(d(k)-y(k))/ε(k)；其中，d(k)＝s(k)+n(k)，s(k)和n(k)分别为第k时刻的体音信号和环境噪声；而自适应滤波器输出为：e(k)＝d(k)-y(k)；若调节因子过小则收敛慢，长时间无法达到抑制环境噪声的目的；而若调节因子过大则容易导致滤波器权值W(k+1,i)发散，自适应滤波器失效。

若将传统归一化最小均方算法应用于听诊滤波中，当体音信号s(k)的幅值远大于环境噪音n(k)的幅值时，第一、第二心音幅值很大，极易因调节因子η取值过大导致自适应滤波器参数过调而致使输出失真。若为降低信号失真程度而选取很小的调节因子η值，又会使得滤波器权值收敛过慢，失去实际应用的价值。信号保真和快速收敛之间的矛盾在通用的归一化最小均方算法中难以克服。

因此，双麦克风自适应滤波算法目前仍然不能直接应用在电子听诊上。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种用于采集体音信号、既可实现滤波器权值快速收敛、又可避免信号失真、快速可靠地抑制环境噪声干扰的双麦克风自适应滤波算法；该算法尤其适用于电子听诊。本发明的另一个目的在于提供一种上述用于采集体音信号的双麦克风自适应滤波算法的应用。