[发明专利]噪声抑制系统和方法

说明书

发明领域

本发明涉及语音处理。具体而言，本发明涉及用于语音处理的噪声抑制系统和方法。

背景技术

利用数字技术传送语音正变得普遍起来，特别是在蜂窝电话和个人通信系统(PCS)应用中。这产生了改进语音处理技术的兴趣。一个正在改进的领域是噪声抑制技术。

语音通信系统中的噪声抑制一般通过从所需语音中滤除环境背景噪声改进所需音频信号的总体质量。在环境背景噪声异常高的环境下(例如飞机、运动的交通工具或嘈杂的工厂)这种语音增强技术特别需要。

有一种噪声抑制技术是谱减除或谱增益修正技术。利用这种方法，输入的音频信号被划分为频率信道，并且特定的频率信道按照其噪声能量衰减。每种频率信道的背景噪声估值被用来产生信道内语音的信噪比(SNR)，并且SNR被用来计算每个信道的增益因子。随后增益因子确定特定信道衰减。衰减的信道被重新组合以产生噪声抑制的输出信号。

在涉及较高背景噪声环境的特定应用中，大多数噪声抑制技术在性能上受到明显的限制。这种应用的一个例子是蜂窝移动通信系统的车载扬声电话选项。该扬声电话选项为车辆司机提供免提操作。免提耳机一般离用户很远(例如安装在头盔上)。由于道路和刮风引起的噪声，距离较远的耳机向陆基方传送的信号的SNR较差。虽然在陆基端接收的语音通常是清楚的，但是连续处于这种背景噪声常常会增加听者的疲劳。

对于工作正常的噪声抑制系统，重要是精确确定语音的SNR。但是由于当前所用噪声检测器的局限，难以精确确定语音信号的SNR。谱减除技术在语音不出现时更新背景噪声估值。当语音不出现时，将测得的谱能量归因于噪声，并且根据测得的谱能量更新噪声估值。因此，为了获得精确的噪声能量估值以计算SNR，区分语音存在周期与语音不存在期间很重要。

一种示意性的语音检测技术采用语音度量计算器完成噪声更新判定。语音度量是对信道能量总体语音类特性的量度。首先，原始的SNR估值被用来建立语音度量表索引以获得每个信道的语音度量值。对单个信道语音度量值求和以产生能量参数，它与背景噪声更新阈值进行比较。如果语音度量之和等于或大于阈值，则信号被称为包含语音。如果语音度量之和小于阈值，输入帧被视为噪声，并且完成背景噪声更新。但是在高背景噪声、突发性背景噪声或逐渐增大的噪声源的情况下，SNR测量将很大，导致较高的语音度量，从而阻止了噪声估值的更新。

对语音度量计算器技术的进一步改进是测量信道能量偏差。该方法假定噪声在时间上具有恒定的谱能量，而语音在时间上具有变化的谱能量。因此对信道能量在时间上积分，并且如果有较大的信道能量偏差则检测出语音，而如果只有较小的信道能量偏差则检测出噪声。测量信道能量偏差的语音检测器将检测出噪声突发性的增大。但是当输入语音信号能量恒定时信道能量偏差方法提供了不精确的结果。而且对于噪声源逐渐增大的情况，输入能量的变化将导致能量偏差较大，即使需要更新也会阻止噪声估值更新。

除了精确的语音检测器以外，语音抑制系统必需适当地调整信道增益。应该调整信道增益从而在不牺牲语音质量的前提下抑制噪声。信道增益调整的其中一个方法是将增益作为语音信号的总噪声估值和SNR的函数计算。一般情况下，总噪声估值的增加导致给定SNR增益因子的降低。降低的增益因子表明衰减因子较大。该技术施加最小的增益值以防止在总噪声估值非常大时信道增益过度衰减。通过利用硬嵌位的最小增益值，在噪声抑制与语音质量之间找到了折衷。当嵌位较低时，噪声抑制得到了改进但是语音质量变差。当嵌位较高时，噪声抑制变差但是语音质量得到改进。

为了提供改进的噪声抑制系统，需要解决语音检测和信道增益计算的当前技术的限制。这些问题和缺陷由本发明按照下述方式解决。

发明内容

本发明是一种用于语音处理系统的噪声抑制系统和方法。本发明的目标是提供一种确定输入信号中是否存在语音的语音检测器。为了精确确定语音的信噪比(SNR)，需要可靠的语音检测器。当判断语音不存在时，认为输入信号完全是噪声信号，并且可以测量噪声能量。随后利用噪声能量确定SNR。本发明另一个目标是提供改进的增益确定单元以抑制噪声。