專利名稱：消除噪聲的系統(tǒng)、方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪聲消除和減小技術(shù)，具體地說，涉及利用頻譜減除進(jìn)行噪聲消除和減小的技術(shù)。
背景技術(shù)：
加到語音上的環(huán)境噪聲使語音處理算法的性能下降。這樣的處理算法可以包括口授語音激話、語音壓縮及其他一些系統(tǒng)。在這樣的系統(tǒng)中，所希望的是減小噪聲和改善信噪比(S/N)而不影響語音和它的特性。
近場(chǎng)噪聲消除麥克風(fēng)提供了一種令人滿意的解決方案，但是要求麥克風(fēng)在語音源(例如，嘴)附近。在很多情況下，這是通過將麥克風(fēng)安裝在頭機(jī)的話筒吊桿上使得在話筒吊桿末端的麥克風(fēng)貼近戴頭機(jī)的用戶的嘴達(dá)到的。然而，頭機(jī)戴起來不很舒服，或者對(duì)在例如汽車中操作有過分的限制。
麥克風(fēng)陣列技術(shù)，具體地說是自適應(yīng)波束形成陣列技術(shù)，通常以十分有效的方式處理方向性很強(qiáng)的噪聲。這些系統(tǒng)繪制出噪聲場(chǎng)，產(chǎn)生一些朝向噪聲源的零點(diǎn)。零點(diǎn)的個(gè)數(shù)受麥克風(fēng)元的個(gè)數(shù)和處理能力限制。這樣的陣列有著不需要頭機(jī)的免提操作的優(yōu)點(diǎn)。
然而，在噪聲源是漫射時(shí)，這種自適應(yīng)系統(tǒng)的性能就降低為具有固定延遲和麥克風(fēng)陣列相加的性能，并不總是令人滿意的。這是環(huán)境回響相當(dāng)嚴(yán)重的情況，諸如在噪聲很強(qiáng)地從房間的各個(gè)壁反射，從而從無數(shù)方向到達(dá)陣列時(shí)。這也是從汽車底盤輻射的一些噪聲的聽覺環(huán)境的情況。
發(fā)明的目的和概要頻譜減除技術(shù)提供了一種通過估計(jì)受污染信號(hào)的噪聲幅度頻譜進(jìn)一步減小噪聲的解決方案。這種技術(shù)通過測(cè)量在由音控開關(guān)檢測(cè)到的無語音時(shí)間間隔期間的噪聲，估計(jì)噪聲的幅度頻譜，然后從信號(hào)中減除這個(gè)幅度頻譜。這種方法，如在Steven F Doll的“利用頻譜減除抑制語音中的噪聲”(“Suppression of Acoustic Noise in SpeechUsing Spectral Subtraction”，IEEE ASSP-27 NO.2 April，1979)中詳細(xì)揭示的那樣，對(duì)于與語音信號(hào)不相關(guān)的平穩(wěn)漫射噪聲可以得到良好的結(jié)果。然而，這種頻譜減除方法產(chǎn)生有時(shí)描述為音樂噪聲的不自然現(xiàn)象，如果對(duì)頻譜減除不加控制的話，這會(huì)降低語音算法(諸如音碼器或語音激話)的性能。此外，這種頻譜減除方法錯(cuò)誤地假設(shè)了音控開關(guān)可以精確地檢測(cè)存在語音和確定無語音時(shí)間間隔的位置。這種假設(shè)對(duì)于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)是合理的，但是在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中是很難達(dá)到的。
具體地說，噪聲幅度頻譜通過對(duì)無語音時(shí)間間隔執(zhí)行256點(diǎn)的FFT再計(jì)算每個(gè)頻率分辨元(bin)的能量來估計(jì)。FFT是在將時(shí)域信號(hào)以50％交疊乘以一個(gè)加權(quán)窗(Hanning或其他加權(quán)窗)后執(zhí)行的。每個(gè)頻率分辨元的能量與相鄰的FFT時(shí)幀進(jìn)行平均。幀的個(gè)數(shù)不是確定的，但是取決于噪聲的穩(wěn)定性。對(duì)于平穩(wěn)噪聲來說，最好是對(duì)許多幀加以平均，以便得到較好的噪聲估計(jì)。對(duì)于非平穩(wěn)噪聲來說，長(zhǎng)的平均可能是有害的。問題是，并沒有措施可以先驗(yàn)地知道噪聲是平穩(wěn)的還是非平穩(wěn)的。
假設(shè)計(jì)算噪聲幅度頻譜估計(jì)時(shí)，將輸入信號(hào)以50％的交疊乘以一個(gè)加權(quán)窗(Hanning或其他加權(quán)窗)，執(zhí)行FFT(256點(diǎn)或其他點(diǎn)數(shù))，再對(duì)每個(gè)分辨元的幅度在2-3個(gè)FFT幀上求平均。然后，從信號(hào)幅度中減去噪聲幅度頻譜。如果結(jié)果是負(fù)的，這個(gè)值就用一個(gè)零代替(半波整流)。然而，值得推薦的是，通過用一個(gè)最小值(或零)代替一些小的值或者使殘余噪聲衰減30dB來進(jìn)一步減小在無語音時(shí)間間隔期間出現(xiàn)的殘余噪聲。所得到的輸出是減除了噪聲的幅度頻譜。
可以用減除了噪聲的幅度通過加上信號(hào)的FFT的相應(yīng)分辨元的相位信息重建頻譜的復(fù)數(shù)據(jù)。然后，對(duì)復(fù)數(shù)據(jù)執(zhí)行IFFT處理，得到減除了噪聲的時(shí)域數(shù)據(jù)。將時(shí)域結(jié)果與前一幀的結(jié)果交疊相加，補(bǔ)償FFT的交疊處理。
所揭示的這種系統(tǒng)有幾個(gè)問題。第一，系統(tǒng)假定了對(duì)有語音和無語音時(shí)間間隔有先驗(yàn)知識(shí)。用音控開關(guān)來檢測(cè)這些時(shí)間是不實(shí)際的。理論上說，音控開關(guān)通過測(cè)量能量再將它與一個(gè)門限相比較來檢測(cè)語音的存在。如果門限過高，就有某些語音時(shí)間間隔可能被認(rèn)為是無語音時(shí)間間隔而系統(tǒng)會(huì)將語音信息看作噪聲的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果是使語音失真，特別是在信噪比低的情況下。相反，如果門限太低，就有使無語音時(shí)間間隔太短的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在信噪比低的情況下和在語音連續(xù)而只有短時(shí)間中止的情況下。
另一個(gè)問題是FFT結(jié)果的幅度計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜。這涉及計(jì)算負(fù)擔(dān)非常重的平方和平方根運(yùn)算。再一個(gè)問題是將相位信息與減除了噪聲的幅度頻譜關(guān)聯(lián)，以便得到可以進(jìn)行IFFT的信息。這過程需要計(jì)算相位、存儲(chǔ)相位信息和將相位信息加到幅度數(shù)據(jù)上，所有這些都需要花費(fèi)相當(dāng)?shù)挠?jì)算和存儲(chǔ)資源。另一個(gè)問題是估計(jì)噪聲頻譜幅度。FFT過程是一個(gè)不良又不穩(wěn)定的能量估計(jì)器。對(duì)幀進(jìn)行時(shí)間平均并不能充分改善穩(wěn)定性?？s短FFT的長(zhǎng)度導(dǎo)致每個(gè)分辨元的帶寬較寬和穩(wěn)定性較好，但是降低了系統(tǒng)的性能。此外，時(shí)間平均會(huì)使數(shù)據(jù)模糊，因此不能延伸到多于少數(shù)幾個(gè)幀。這意味著所提出的這種噪聲估計(jì)過程不是足夠穩(wěn)定的。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有簡(jiǎn)單而高效的機(jī)制的頻譜減除系統(tǒng)，即使在信噪比較差的情況下和在連續(xù)迅速的語音的情況下也能估計(jì)噪聲幅度頻譜。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有效的機(jī)制，能以不多的代價(jià)執(zhí)行幅度估計(jì)，而且可以克服相位關(guān)聯(lián)的問題。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種穩(wěn)定的機(jī)制來估計(jì)噪聲頻譜幅度而又不會(huì)使數(shù)據(jù)模糊。
按照上述目的，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)，可以正確地確定音頻信號(hào)的無語音段，從而防止了錯(cuò)誤地在有語音段期間處理噪聲消除信號(hào)。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明通過利用一個(gè)對(duì)每個(gè)頻率分辨元獨(dú)立的門限檢測(cè)器精確確定無語音段，從而不需要用音控開關(guān)。這種門限檢測(cè)器通過確定輸入信號(hào)的頻譜成分(或者說分辨元)是否在一個(gè)按照在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的頻譜成分的最小值(確切地說，是頻譜成分的當(dāng)前和將來最小值)設(shè)置的門限范圍之內(nèi)可以精確檢測(cè)即使是在連續(xù)語音段內(nèi)的噪聲成分的位置。因此，對(duì)于每個(gè)音節(jié)來說，這些噪聲成分的能量各用一個(gè)獨(dú)立的門限確定而不檢驗(yàn)整個(gè)信號(hào)能量，從而提供了對(duì)噪聲的良好和穩(wěn)定的估計(jì)。此外，這種系統(tǒng)更可取的是在一段預(yù)定時(shí)間(例如5秒)內(nèi)不斷地設(shè)置門限再使門限復(fù)位。
為了減少?gòu)?fù)數(shù)運(yùn)算，在本發(fā)明中可取地用按照例如信號(hào)的實(shí)部和虛部中較大的和較小的值對(duì)輸入音頻信號(hào)的實(shí)部和虛部進(jìn)行乘加組合來得到輸入音頻信號(hào)的幅度估計(jì)。為了進(jìn)一步降低譜估計(jì)的不穩(wěn)定性，對(duì)信號(hào)估計(jì)應(yīng)用了二維(2D)平滑處理。一種首先用每個(gè)時(shí)幀內(nèi)的相鄰頻率分辨元然后再對(duì)每個(gè)頻率分辨元進(jìn)行在時(shí)間上求平均值的指數(shù)時(shí)間平均的兩級(jí)平滑操作產(chǎn)生極好的結(jié)果。
為了減小在減除期間確定頻率分辨元的相位從而對(duì)準(zhǔn)減除成分的相位的復(fù)雜性，本發(fā)明用一種濾波器乘法來進(jìn)行減除。頻率域音頻信號(hào)的復(fù)數(shù)據(jù)用濾波器函數(shù)(例如Weiner濾波器函數(shù)或者近似的Weiner濾波器函數(shù))相乘。濾波器函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)全波整流或者半波整流，否則這種減除過程或簡(jiǎn)單的減除會(huì)有不好的結(jié)果?？梢岳斫?，由于可以在連續(xù)語音段內(nèi)確定噪聲成分，因此噪聲估計(jì)是精確的，可以不斷地從音頻信號(hào)中消除掉，提供極好的噪聲消除特性。
本發(fā)明還提供了一種殘余噪聲減小過程，可以減小在噪聲減除后剩下的殘余噪聲。可以將例如在連續(xù)語音內(nèi)的無語音段置零，或者衰減無語音段來減小殘余噪聲。可以用一個(gè)音控開關(guān)或者另一個(gè)門限檢測(cè)器來檢測(cè)時(shí)域的無語音段。
本發(fā)明適用于各種噪聲消除系統(tǒng)，其中包括但不局限于在這里列作參考予以引用的這些美國(guó)專利申請(qǐng)中所揭示的那些系統(tǒng)。本發(fā)明例如適用于自適應(yīng)波束形成陣列。此外，本發(fā)明可以體現(xiàn)為一個(gè)驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)處理器的計(jì)算機(jī)程序，或者作為應(yīng)用軟件或作為硬件安裝。
附圖簡(jiǎn)要說明從以下結(jié)合附圖對(duì)例示的實(shí)施例的詳細(xì)說明中可以清楚地看到本發(fā)明的其他目的、特色功能和優(yōu)點(diǎn)。在這些附圖中，相應(yīng)的組成部分用同樣的標(biāo)注數(shù)字標(biāo)示。


圖1例示了本發(fā)明的情況；圖2例示了本發(fā)明的噪聲處理情況；圖3例示了本發(fā)明的噪聲估計(jì)處理情況；圖4例示了本發(fā)明的減除處理情況；圖5例示了本發(fā)明的殘余噪聲處理情況；圖5A例示了本發(fā)明的殘余噪聲處理的另一種情況；圖6例示了本發(fā)明的一個(gè)流程圖；圖7例示了本發(fā)明的一個(gè)流程圖；圖8例示了本發(fā)明的一個(gè)流程圖；以及圖9例示了本發(fā)明的一個(gè)流程圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明在一個(gè)實(shí)施例中，可作為頻譜減除系統(tǒng)、方法和設(shè)備實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明可以用來消除和/或減小由諸如外部電磁噪聲源之類的電或電磁噪聲源引起的噪聲，這些外部電磁噪聲源包括AC電源、計(jì)算機(jī)特別是膝上計(jì)算機(jī)使用的AC-DC功率變換器之類。具體地說，人們發(fā)現(xiàn)諸如膝上設(shè)備之類的計(jì)算機(jī)的電源對(duì)通用串行總線(USB)線路、端口或在那上面的信號(hào)產(chǎn)生干擾噪聲。顯然，電源在功率轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的干擾信號(hào)(在這里稱為“各向同性漫射平穩(wěn)噪聲”或“各向同性噪聲”)，通過例如電磁耦合轉(zhuǎn)置到USB信號(hào)線上，干擾在那上面的信號(hào)。這噪聲在由換能器重放時(shí)是聽得到的，例如呈蜂鳴音。有諷刺意味的是，預(yù)先就考慮到USB需避免這樣的電源對(duì)諸如聲卡之類的裝置引起的音頻噪聲。由于USB迅速地成為語音和音頻通信應(yīng)用(例如從音頻信號(hào)外圍設(shè)備接收信號(hào)，包括接收互聯(lián)網(wǎng)或其他遠(yuǎn)程傳輸媒體的信號(hào))的標(biāo)準(zhǔn)，因此值得注意的是要消除各向同性噪聲，這確實(shí)會(huì)有著與發(fā)明DolbyTM相同的影響。
在這里說明的本發(fā)明揭示了消除電源或功率變換器產(chǎn)生的和出現(xiàn)在USB信號(hào)線上的“污染噪聲”的技術(shù)。熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員可以理解，在這里所揭示的頻譜減除系統(tǒng)、方法和設(shè)備可以作為任何眾所周知的在計(jì)算機(jī)上的計(jì)算機(jī)軟件和/或硬件應(yīng)用，包括例如在相關(guān)的美國(guó)專利申請(qǐng)書No.60/126,567中提出的設(shè)備驅(qū)動(dòng)器或動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。在美國(guó)專利申請(qǐng)No.60/126,567配合下，本發(fā)明包括一些可用下拉菜單選擇的濾除各向同性噪聲的濾波器。在一個(gè)實(shí)施例中，可以看到本發(fā)明的優(yōu)選工作范圍是可調(diào)的，無論是由計(jì)算機(jī)處理器自動(dòng)控制還是由用戶例如用電位器或下拉記錄中的可點(diǎn)擊對(duì)象手控，在8dB到14dB之間可調(diào)，因?yàn)榭磥磉@個(gè)范圍可以提供最佳性能，但是也可以用其他的dB范圍。然而，在噪聲降低超過14dB時(shí)，語音要受到較大的影響，可能會(huì)使語音識(shí)別惡化。
因此，本發(fā)明適用于固有的系統(tǒng)噪聲或系統(tǒng)引起的噪聲，以及環(huán)境噪聲；本發(fā)明減小或消除了一個(gè)系統(tǒng)引起的固有系統(tǒng)噪聲(例如由電源或功率變換器引起的噪聲)以及環(huán)境噪聲。
圖1例示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例100。系統(tǒng)接收加在輸入端102上的以至少為音頻信號(hào)帶寬的兩倍的頻率采樣得到的數(shù)字音頻信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，信號(hào)來自麥克風(fēng)，經(jīng)模擬前端、A/D變換器和抽取濾波器處理，得到所需的采樣頻率。在另一個(gè)實(shí)施例中，輸入取自一個(gè)波束形成器甚至是一個(gè)自適應(yīng)波束形成器的輸出端。在那種情況下，信號(hào)已經(jīng)經(jīng)過處理，消除了來自所需方向之外的方向的噪聲，剩下的主要是來自與所需方向相同的方向的噪聲。在又一個(gè)實(shí)施例中，在處理是在一個(gè)PC處理器或類似的計(jì)算機(jī)處理器上實(shí)現(xiàn)時(shí)，輸入信號(hào)可以是來自一個(gè)聲卡。
輸入樣點(diǎn)存儲(chǔ)在一個(gè)256點(diǎn)的緩存器104內(nèi)。在緩存器充滿時(shí)，這些新的256點(diǎn)在一個(gè)合并器106內(nèi)與先前的256點(diǎn)合并，提供512個(gè)輸入點(diǎn)。乘法器108將這512個(gè)輸入點(diǎn)與一個(gè)長(zhǎng)度為512點(diǎn)的加權(quán)窗相乘。加權(quán)窗含有與輸入數(shù)據(jù)相乘的系數(shù)。加權(quán)窗可以是Hanning窗或其他的窗，有兩個(gè)作用第一是平滑在兩個(gè)處理數(shù)據(jù)塊之間的過渡(與交疊處理配合)；第二是減小頻率域內(nèi)的旁瓣，防止高能量旁瓣遮蔽低能量的聲音。經(jīng)加權(quán)的結(jié)果由FFT(快速傅里葉變換)處理器110變換到頻率域。也可以用其他長(zhǎng)度的FFT(以及相應(yīng)的輸入緩存器)，包括256點(diǎn)或1024點(diǎn)。
FFT的輸出是一個(gè)256個(gè)有效點(diǎn)(其他256點(diǎn)是前256點(diǎn)的反對(duì)稱拷貝)的復(fù)向量。這些點(diǎn)在噪聲處理部件112(200)內(nèi)進(jìn)行處理，包括估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的噪聲幅度的處理、估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的減除了噪聲的復(fù)值的減除處理和減小殘余噪聲的處理。IFFT(快速傅里葉逆變換)處理器114對(duì)減除了噪聲的復(fù)數(shù)據(jù)執(zhí)行傅里葉逆變換，得到512個(gè)時(shí)域點(diǎn)。加法器116將前256個(gè)時(shí)域點(diǎn)與上次的后256個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)相加以補(bǔ)償對(duì)輸入的交疊和加權(quán)處理，輸出加到輸出端118上。剩下的256點(diǎn)保存下來，供下一次迭代用。
可以理解，雖然在這些優(yōu)選實(shí)施例中用的是一些特定的變換，但是本發(fā)明也可以用其他變換來得到噪聲頻譜信號(hào)。
圖2詳細(xì)地示出了噪聲處理部件200(112)。首先，估計(jì)每個(gè)頻率分辨元(n)202的幅度。直接的方法是通過以下計(jì)算估計(jì)幅度｀Y(n)＝((Real(n))2+(Imag(n))2)-2為了節(jié)約處理時(shí)間和減小復(fù)雜性，估計(jì)器204用以下近似式來估計(jì)信號(hào)幅度(Y)Y(n)＝Max[|Real(n)，Imag(n)|]+0.4*Min[|Real(n)，Imag(n)|]為了減小通常影響FFT處理的譜估計(jì)的不穩(wěn)定性(見[2]Oppenheim Schafer的“數(shù)字信號(hào)處理”(“Digital SignalProcessing”，Prentice Hall，P.542-545))，本發(fā)明采用了二維平滑處理。第一平均器206將每個(gè)分辨元的值用它與同一個(gè)時(shí)幀內(nèi)的兩個(gè)相鄰的分辨元的值的平均值代替。此外，再由第二平均器208對(duì)每個(gè)經(jīng)這樣平滑的分辨元的平滑值進(jìn)行時(shí)間常數(shù)為0.7的指數(shù)時(shí)間平均(相當(dāng)于在三個(gè)時(shí)幀上平均)。經(jīng)二維平滑的值于是由噪聲估計(jì)處理器212(300)進(jìn)行噪聲估計(jì)處理和由減除器210進(jìn)行減除處理。噪聲估計(jì)過程估計(jì)出每個(gè)頻率分辨元的噪聲，將結(jié)果交給噪聲減除過程使用。噪聲減除的輸出送給殘余噪聲減小處理器216，進(jìn)一步減小噪聲。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)域信號(hào)還由殘余噪聲處理過程216用來確定無語音段。減除了噪聲的信號(hào)送至IFFT過程，得出時(shí)域輸出218。
圖3詳細(xì)示出了噪聲估計(jì)處理器300(212)的情況。在理論上，應(yīng)該通過長(zhǎng)時(shí)間的對(duì)無語音時(shí)間間隔的信號(hào)幅度(Y)進(jìn)行平均來得到噪聲估計(jì)。這要求有一個(gè)音控開關(guān)檢測(cè)有語音/無語音時(shí)間間隔。然而，過于靈敏的開關(guān)可能導(dǎo)致用語音信號(hào)來估計(jì)噪聲，從而將有損于語音信號(hào)。相反，不靈敏的開關(guān)可能使噪聲時(shí)間間隔的長(zhǎng)度急劇縮短(特別是在連續(xù)語音的情況下)，從而使噪聲估計(jì)的有效性不足。
在本發(fā)明中，對(duì)于每個(gè)頻率分辨元302都用了獨(dú)立的自適應(yīng)門限。這使各噪聲成分可以按每個(gè)分辨元獨(dú)立測(cè)定，而不需要考察整個(gè)信號(hào)能量。這種方法的邏輯背景是每個(gè)音節(jié)的能量可能出現(xiàn)在不同的頻帶范圍。同時(shí)，其他的頻帶范圍可能只含有噪聲成分。因此現(xiàn)在能對(duì)于每個(gè)分辨元用一個(gè)對(duì)噪聲不靈敏的門限，而仍可以確定許多語音數(shù)據(jù)點(diǎn)，即使是在連續(xù)語音的情況下。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是即使在連續(xù)語音段內(nèi)它也可以收集到許多噪聲段，得到良好和穩(wěn)定的噪聲估計(jì)。
在門限確定過程中，對(duì)于每個(gè)頻率分辨元，計(jì)算兩個(gè)最小值。在304，每5秒用當(dāng)前幅度(Y(n))的值作為一個(gè)將來最小值的初值，通過以下處理用一個(gè)在隨后的5秒內(nèi)的更小的最小值代替。將每個(gè)分辨元的將來最小值與信號(hào)的當(dāng)前幅度值相比較。如果當(dāng)前幅度小于這個(gè)將來最小值，就用這個(gè)幅度代替將來最小值，成為新的將來最小值。
同時(shí)，在306計(jì)算一個(gè)當(dāng)前最小值。當(dāng)前最小值每5秒用前5秒確定的將來最小值的初值，通過將它的值與當(dāng)前幅度值相比較，隨從信號(hào)隨后5秒的最小值。當(dāng)前最小值供減除過程用，而將來最小值用于首創(chuàng)和刷新當(dāng)前最小值。
本發(fā)明的噪聲估計(jì)機(jī)制保證了用有限的過程存儲(chǔ)器(5秒)對(duì)噪聲值進(jìn)行緊密和迅速的估計(jì)，而且防止了對(duì)噪聲估計(jì)過高。
比較器308將每個(gè)分辨元的幅度(Y(n))與四倍的本分辨元的當(dāng)前最小值(用作本分辨元的自適應(yīng)門限)相比較。如果幅度在這范圍之內(nèi)(即低于門限)，就可以將它作為噪聲，由指數(shù)平均單元310用來確定這個(gè)頻率的噪聲312的電平。如果幅度超過門限，就不用它進(jìn)行噪聲估計(jì)。指數(shù)平均的時(shí)間常數(shù)通常取為0.95，這可以解釋為對(duì)最近20個(gè)幀取平均。對(duì)于某些應(yīng)用來說，門限可以不是4*最小值。
圖4詳細(xì)示出了減除處理器400(210)。在直接方法中，從當(dāng)前分辨元幅度中減去估計(jì)的分辨元噪聲幅度的值。當(dāng)前分辨元的相位計(jì)算出來后，與減除結(jié)果結(jié)合，得到這結(jié)果的實(shí)部和虛部。這種方法花費(fèi)較多的處理和存儲(chǔ)，因?yàn)樗枰?jì)算考慮到可能處于4個(gè)象限的復(fù)向量的正弦和余弦參量。在本發(fā)明中所用的是另一種采用濾波器的方法。減除解釋為由濾波器402執(zhí)行的濾波器乘法，其中H(濾波器系數(shù))為H(n)＝||Y(n)|-|N(n)||/|Y(n)|其中Y(n)為當(dāng)前分辨元的幅度，而N(n)為這個(gè)分辨元的噪聲估計(jì)。在404，將每個(gè)分辨元的濾波器系數(shù)的值H分別乘以本當(dāng)前分辨元的實(shí)部和虛部E(Real)＝Y(jié)(Real)*H；E(Imag)＝Y(jié)(Imag)*H其中E是減除了噪聲的的復(fù)值。在直接方法中，減除可能導(dǎo)致得到一個(gè)負(fù)的幅度值。這值可以用零代替(半波整流)或者用一個(gè)等于這個(gè)負(fù)數(shù)的正值代替(全波整流)。濾波器方法，如在這里所示的那樣，直接導(dǎo)致全波整流。全波整流提供了稍差一些的降噪性能，但是引入信號(hào)的不自然現(xiàn)象要小的得多?？梢岳斫猓@種濾波器通過分子不取絕對(duì)值而用零代替負(fù)值可以修改成起著半波整流的作用。
還要注意的是，在這些圖中的Y的值是Y在經(jīng)相鄰頻譜分辨元和時(shí)幀平均(二維平滑)后的平滑值。另一種方法是只對(duì)噪聲估計(jì)(N)用經(jīng)平滑的Y，而對(duì)于計(jì)算H用不加平滑的Y。
圖5例示了殘余噪聲減小處理器500(216)。殘余噪聲定義為在無語音時(shí)間間隔期間剩下的噪聲。在這些時(shí)間間隔內(nèi)的噪聲首先用不區(qū)分有語音和無語音時(shí)間間隔的減除過程減小。剩下的殘余噪聲可以通過用一個(gè)音控開關(guān)502將殘余噪聲乘以一個(gè)衰減因子或者用零代替來進(jìn)一步減小。另一種非零化的方案是在504用噪聲的最小值代替殘余噪聲。
圖5A例示了另一種可以不用音控開關(guān)的方法。殘余噪聲減小處理器506在508將噪聲估計(jì)器所用的一個(gè)類似的門限用到減除了噪聲的輸出分辨元上，在它低于門限時(shí)就予以代替或衰減。
本發(fā)明的殘余噪聲處理的結(jié)果是在無語音時(shí)間間隔聽起來很安靜。然而，在某些應(yīng)用中可能出現(xiàn)在噪聲電平在有語音時(shí)間間隔與無語音時(shí)間間隔之間切換時(shí)有諸如泵浦噪聲之類的不自然現(xiàn)象。
本發(fā)明的頻譜減除技術(shù)可以與陣列技術(shù)、靠近對(duì)講麥克風(fēng)技術(shù)結(jié)合使用，也可以用作為一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)。本發(fā)明的頻譜減除可以用一個(gè)植入硬件(DSP)做成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)、諸如自適應(yīng)波束形成之類的其他嵌入算法的一部分，或者一個(gè)用從語音端口得到的數(shù)據(jù)在一個(gè)PC機(jī)上運(yùn)行的軟件應(yīng)用。
例如，如圖6-9所示，本發(fā)明可以做成一個(gè)軟件應(yīng)用。在步驟600，讀出輸入樣點(diǎn)。在步驟602，將讀出的樣點(diǎn)存儲(chǔ)在一個(gè)緩存器內(nèi)。在步驟604，如果積累了256個(gè)新點(diǎn)，程序控制就前進(jìn)到步驟606，否則控制返回到步驟600，讀取補(bǔ)充樣點(diǎn)。一旦讀取了256個(gè)新樣點(diǎn)，就在步驟606將最近的512個(gè)點(diǎn)移入處理緩存器。在步驟608，將所存儲(chǔ)的256個(gè)新樣點(diǎn)與前面的256個(gè)點(diǎn)結(jié)合在一起，得到512個(gè)點(diǎn)。在步驟610，對(duì)這512個(gè)點(diǎn)執(zhí)行傅里葉變換。當(dāng)然，也可以用另一種變換來得到噪聲信號(hào)頻譜。在步驟612，將從變換得到的256個(gè)有效的復(fù)點(diǎn)存儲(chǔ)在緩存器內(nèi)。后256個(gè)點(diǎn)是前256個(gè)點(diǎn)的復(fù)共軛，對(duì)于實(shí)輸入來說是冗余的。在步驟614存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)包括256個(gè)實(shí)點(diǎn)和256個(gè)虛點(diǎn)。然后，控制前進(jìn)到圖7，如外面有圈的字母A所示。
在圖7中，執(zhí)行噪聲處理，在步驟700，估計(jì)信號(hào)的幅度。當(dāng)然，可以用直接方法，但是如結(jié)合圖2所討論的那樣，直接方法需要并非必要的處理時(shí)間和復(fù)雜性。在步驟702，從緩存器讀出所存儲(chǔ)的復(fù)點(diǎn)，用在步驟700示出的估計(jì)式加以計(jì)算。在步驟704，存儲(chǔ)所得到的結(jié)果。在步驟706和708，進(jìn)行二維平滑處理，其中在步驟706，將每個(gè)點(diǎn)的估計(jì)用相鄰點(diǎn)的估計(jì)平均；在步驟708，對(duì)估計(jì)進(jìn)行指數(shù)平均，使得每個(gè)點(diǎn)的估計(jì)在本分辨元的例如三個(gè)時(shí)間樣點(diǎn)上平均。在步驟710和712，用經(jīng)平滑的估計(jì)確定將來最小值和當(dāng)前最小值。如果在步驟710確定經(jīng)平滑的估計(jì)小于計(jì)算得的將來最小值，就在步驟714用經(jīng)平滑的估計(jì)代替將來最小值存儲(chǔ)起來。
同時(shí)，如果在步驟712確定經(jīng)平滑的估計(jì)小于當(dāng)前最小值，就在步驟720用經(jīng)平滑的估計(jì)代替當(dāng)前最小值存儲(chǔ)起來。不斷地計(jì)算和周期性地啟動(dòng)將來和當(dāng)前最小值，例如在步驟724確定為每5秒一次，然后控制前進(jìn)到步驟722和726，計(jì)算新的將來和當(dāng)前最小值。然后，控制前進(jìn)到圖8，如外面有圈的字母B所示，進(jìn)行減除和殘余噪聲減小處理。
在圖8中，在步驟800，確定樣點(diǎn)是否小于一個(gè)門限。如果樣點(diǎn)在門限范圍之內(nèi)，就在步驟804對(duì)樣點(diǎn)進(jìn)行指數(shù)平均，再在步驟802存入緩存器。否則，控制直接進(jìn)至步驟808。在步驟808，根據(jù)在步驟806檢索出的信號(hào)樣點(diǎn)和從步驟810得到的估計(jì)樣點(diǎn)確定濾波系數(shù)。雖然可以用估計(jì)相位的直接方法，但是用這種Weiner濾波器更為可取，因?yàn)檫@節(jié)約了處理時(shí)間和減小了復(fù)雜性。在步驟814，將濾波器變換系數(shù)乘以步驟816檢索出的樣點(diǎn)，再在步驟812存儲(chǔ)起來。
在步驟818和820，執(zhí)行殘余噪聲減小處理，其中在步驟818確定所處理的噪聲信號(hào)是否在一個(gè)門限范圍之內(nèi)；如果是，就在步驟820替換(例如衰減)所處理的噪聲。然而，在某些應(yīng)用中這種殘余噪聲減小過程可能不是適當(dāng)?shù)?，?huì)有負(fù)面影響。
可以理解，雖然在本發(fā)明所用的這些式子和計(jì)算中用了一些具體的值，但是這些值也可以用不同于所示出的值。
在圖9中，在步驟902，對(duì)在步驟904恢復(fù)的經(jīng)噪聲處理的音頻信號(hào)進(jìn)行傅里葉逆變換，所得到的結(jié)果在步驟900存儲(chǔ)起來。在步驟906，將所得到的時(shí)域信號(hào)疊加起來，重建噪聲充分減除了的音頻信號(hào)。
可以理解，本發(fā)明可以做成一個(gè)應(yīng)用軟件，最好用C語言或任何其他計(jì)算機(jī)語言書寫，植入例如可編程存儲(chǔ)器芯片，或者存儲(chǔ)在諸如光盤之類的計(jì)算機(jī)可讀媒體上，從那里檢索出來驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)處理器。在附錄A中例示了表示本發(fā)明的示例性代碼，正如熟悉該技術(shù)的人員可看到的那樣，這代碼可以加以修改以便適應(yīng)不同的操作系統(tǒng)和編譯器，或者各種鈴聲和口哨聲，這并不背離本發(fā)明的精神和范圍。
本發(fā)明所提供的頻譜減除系統(tǒng)具有簡(jiǎn)單而高效的機(jī)制，即使在弱信噪比和連續(xù)快速語音的情況下也能估計(jì)出噪聲的幅度頻譜。所提供的高效率的機(jī)制可以用不多的代價(jià)執(zhí)行幅度估計(jì)，而且可以克服相位關(guān)聯(lián)問題。所提供的穩(wěn)定的機(jī)制可以估計(jì)噪聲頻譜幅度而不會(huì)使數(shù)據(jù)模糊。
雖然在這里詳細(xì)揭示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例及其變型，但是可以理解，本發(fā)明并不局限于這些具體實(shí)施例和變型，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員在不背離如所附權(quán)利要求書所明確的發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出各種修改和變動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種消除在通用串行總線上發(fā)送的信號(hào)內(nèi)的噪聲的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)輸入含有噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)的輸入端；一個(gè)產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元的頻譜產(chǎn)生器；以及一個(gè)為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)各自頻率分辨元是否在一個(gè)門限范圍之內(nèi)從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置的門限檢測(cè)器。
2.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器為所述頻率分辨元檢測(cè)多個(gè)無語音數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置。
3.按照權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器檢測(cè)在所述音頻信號(hào)連續(xù)語音段內(nèi)所述頻率分辨元的所述多個(gè)無語音數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置。
4.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
5.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
6.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
7.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值周期性地設(shè)置為所述將來最小值。
8.按照權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述將來最小值周期性地設(shè)置為所述當(dāng)前幅度值。
9.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述將來最小值在大于所述當(dāng)前幅度值時(shí)用當(dāng)前幅度值代替。
10.按照權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值在大于所述當(dāng)前幅度值時(shí)用當(dāng)前幅度值代替。
11.按照權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述門限通過將所述當(dāng)前最小值乘以一個(gè)系數(shù)設(shè)定。
12.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)確定在所述各自頻率分辨元內(nèi)所述噪聲的電平的平均單元，其中所述門限檢測(cè)器檢測(cè)由所述平均單元確定的所述噪聲的電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
13.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)從所述音頻信號(hào)中減去在由所述門限檢測(cè)器確定的所述位置估計(jì)的所述噪聲成分從而得出充分減除了所述噪聲的所述音頻信號(hào)的減除器。
14.按照權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述減除器利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行減除。
15.按照權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述濾波器函數(shù)是一個(gè)Weiner濾波器函數(shù)，是所述噪聲成分的所述頻率分辨元和幅度的函數(shù)。
16.按照權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述濾波器乘法將所述頻率分辨元的復(fù)數(shù)成分乘以所述Weiner濾波器函數(shù)。
17.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的幅度的估計(jì)器。
18.按照權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述估計(jì)器將每個(gè)頻率分辨元的所述幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的復(fù)數(shù)成分的最大和最小值的函數(shù)。
19.按照權(quán)利要求17所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑單元。
20.按照權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述平滑單元包括一個(gè)二維過程，對(duì)每個(gè)頻率分辨元按照相鄰頻率分辨元進(jìn)行平均和對(duì)每個(gè)頻率分辨元用對(duì)在時(shí)間上多個(gè)頻率分辨元進(jìn)行平均的指數(shù)時(shí)間平均進(jìn)行平均。
21.按照權(quán)利要求13所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)減小在所述減除器從所述音頻信號(hào)中減去在由所述門限檢測(cè)器確定的所述位置的噪聲成分后剩下的殘余噪聲的殘余噪聲處理器。
22.按照權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器用一個(gè)最小值代替與所述音頻信號(hào)的無語音段相應(yīng)的所述頻率分辨元。
23.按照權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器包括一個(gè)檢測(cè)所述無語音段的音控開關(guān)。
24.按照權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器包括另一個(gè)通過檢測(cè)所述音頻信號(hào)低于一個(gè)預(yù)定門限檢測(cè)所述無語音段的門限檢測(cè)器。
25.按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)包括多個(gè)接收所述音頻信號(hào)的麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列。
26.一種消除在通用串行總線上發(fā)送的信號(hào)內(nèi)的噪聲的設(shè)備，所述設(shè)備包括輸入含有噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)的輸入裝置；產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元的頻譜產(chǎn)生裝置；以及為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)相應(yīng)的頻率分辨元是否在一個(gè)門限范圍之內(nèi)從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置的門限檢測(cè)裝置。
27.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)裝置通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
28.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)裝置通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)當(dāng)前最小值得出的幅度的將來最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
29.按照權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
30.按照權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
31.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括確定在所述各自頻率分辨元內(nèi)所述噪聲的電平的平均裝置，其中所述門限檢測(cè)裝置檢測(cè)由所述平均裝置確定的所述噪聲的電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
32.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括從所述音頻信號(hào)中減去在由所述門限檢測(cè)裝置確定的所述位置的所述噪聲成分從而得出充分減除了所述噪聲的所述音頻信號(hào)的減除裝置。
33.按照權(quán)利要求32所述的設(shè)備，其中所述減除裝置利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行減除。
34.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的幅度的估計(jì)裝置。
35.按照權(quán)利要求34所述的設(shè)備，其中所述估計(jì)裝置將每個(gè)頻率分辨元的所述幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的最大和最小值的函數(shù)。
36.按照權(quán)利要求34所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑裝置。
37.按照權(quán)利要求32所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括減小在所述減除裝置從所述音頻信號(hào)中減除在由所述門限檢測(cè)裝置確定的所述位置的噪聲成分后剩下的殘余噪聲的殘余噪聲處理裝置。
38.按照權(quán)利要求26所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括有多個(gè)接收所述音頻信號(hào)的麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列裝置。
39.一種驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)處理器產(chǎn)生從含有表示在通用串行總線上產(chǎn)生的可聞噪聲的噪聲信號(hào)的表示可聞聲音的音頻信號(hào)中消除噪聲的噪聲消除信號(hào)的方法，所述方法包括下列步驟輸入含有所述噪聲信號(hào)的所述音頻信號(hào)；產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜，從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元；為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)各自頻率分辨元是否在一個(gè)門限范圍之內(nèi)，從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置；以及從所述音頻信號(hào)中減除在所述檢測(cè)步驟檢測(cè)到的所述噪聲成分，產(chǎn)生表示充分減除了所述可聞噪聲的所述可聞聲音的音頻信號(hào)。
40.按照權(quán)利要求39所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
41.按照權(quán)利要求40所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
42.按照權(quán)利要求41所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟還包括將所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值的步驟。
43.按照權(quán)利要求42所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟還包括將所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值的步驟。
44.按照權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括對(duì)所述各頻率分辨元的所述噪聲的電平進(jìn)行平均的步驟，其中所述檢測(cè)步驟檢測(cè)由所述平均步驟確定的所述噪聲的所述電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
45.按照權(quán)利要求42所述的方法，其中所述減除步驟利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行減除。
46.按照權(quán)利要求42所述的方法，所述方法還包括將每個(gè)頻率分辨元的幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的最大和最小值的函數(shù)的步驟。
47.按照權(quán)利要求46所述的方法，所述方法還包括平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑步驟。
48.按照權(quán)利要求34所述的方法，所述方法還包括減小在所述減除步驟從所述音頻信號(hào)中減除在由所述檢測(cè)步驟確定的所述位置的噪聲成分后剩下的殘余噪聲的步驟。
49.按照權(quán)利要求41所述的方法，所述方法還包括從一個(gè)有多個(gè)麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列接收所述音頻信號(hào)的步驟。
50.權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述噪聲是由電源引起的。
51.權(quán)利要求39的方法，其中所述噪聲是由電源引起的。
52.一種消除噪聲的設(shè)備，所述設(shè)備包括一個(gè)輸入含有噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)的輸入端；一個(gè)產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元的頻譜產(chǎn)生器；以及一個(gè)為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)各自頻率分辨元是否在一個(gè)門限范圍之內(nèi)從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置的門限檢測(cè)器。
53.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器為所述頻率分辨元檢測(cè)多個(gè)無語音數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置。
54.按照權(quán)利要求53所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器檢測(cè)在所述音頻信號(hào)連續(xù)語音段內(nèi)所述頻率分辨元的所述多個(gè)無語音數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置。
55.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)器通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
56.按照權(quán)利要求55所述的設(shè)備，其中所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
57.按照權(quán)利要求55所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
58.按照權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值周期性地設(shè)置為所述將來最小值。
59.按照權(quán)利要求56所述的設(shè)備，其中所述將來最小值周期性地設(shè)置為所述當(dāng)前幅度值。
60.按照權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述將來最小值在大于所述當(dāng)前幅度值時(shí)用當(dāng)前幅度值代替。
61.按照權(quán)利要求58所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值在大于所述當(dāng)前幅度值時(shí)用當(dāng)前幅度值代替。
62.按照權(quán)利要求55所述的設(shè)備，其中所述門限通過將所述當(dāng)前最小值乘以一個(gè)系數(shù)設(shè)定。
63.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)確定在所述各頻率分辨元內(nèi)所述噪聲的電平的平均單元，其中所述門限檢測(cè)器檢測(cè)由所述平均單元確定的所述噪聲的電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
64.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)從所述音頻信號(hào)中減除在由所述門限檢測(cè)器確定的所述位置估計(jì)的所述噪聲成分從而得出充分減除了所述噪聲的所述音頻信號(hào)的減除器。
65.按照權(quán)利要求64所述的設(shè)備，其中所述減除器利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行所述減除。
66.按照權(quán)利要求65所述的設(shè)備，其中所述濾波器函數(shù)是一個(gè)Wiener濾波器函數(shù)，是所述噪聲成分的所述頻率分辨元和幅度的函數(shù)。
67.按照權(quán)利要求66所述的設(shè)備，其中所述濾波器乘法將所述頻率分辨元的復(fù)數(shù)成分乘以所述Weiner濾波器函數(shù)。
68.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的幅度的估計(jì)器。
69.按照權(quán)利要求68所述的設(shè)備，其中所述估計(jì)器將每個(gè)頻率分辨元的所述幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的復(fù)數(shù)分量的最大和最小值的函數(shù)。
70.按照權(quán)利要求68所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑單元。
71.按照權(quán)利要求70所述的設(shè)備，其中所述平滑單元包括一個(gè)二維過程，對(duì)每個(gè)頻率分辨元按照相鄰頻率分辨元進(jìn)行平均和對(duì)每個(gè)頻率分辨元用對(duì)在時(shí)間上多個(gè)頻率分辨元進(jìn)行平均的指數(shù)時(shí)間平均進(jìn)行平均。
72.按照權(quán)利要求64所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)減小在所述減除器從所述音頻信號(hào)中減除在由所述門限檢測(cè)器確定的所述位置的所述噪聲成分后剩下的殘余噪聲的殘余噪聲處理器。
73.按照權(quán)利要求72所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器用最小值代替與所述音頻信號(hào)的無語音段相應(yīng)的所述頻率分辨元。
74.按照權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器包括一個(gè)檢測(cè)所述無語音段的音控開關(guān)。
75.按照權(quán)利要求73所述的設(shè)備，其中所述殘余噪聲處理器包括另一個(gè)通過檢測(cè)所述音頻信號(hào)低于一個(gè)預(yù)定門限檢測(cè)所述無語音段的門限檢測(cè)器。
76.按照權(quán)利要求52所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)有多個(gè)接收所述音頻信號(hào)的麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列。
77.一種消除噪聲的設(shè)備，所述設(shè)備包括輸入含有噪聲信號(hào)的音頻信號(hào)的輸入裝置；產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元的頻譜產(chǎn)生裝置；以及為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)各自頻率分辨元是否在所述門限范圍之內(nèi)從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置的門限檢測(cè)裝置。
78.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)裝置通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
79.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，其中所述門限檢測(cè)裝置通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)當(dāng)前最小值得出的幅度的將來最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
80.按照權(quán)利要求78所述的設(shè)備，其中所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
81.按照權(quán)利要求78所述的設(shè)備，其中所述當(dāng)前最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值。
82.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括確定在所述各自頻率分辨元內(nèi)所述噪聲的電平的平均裝置，其中所述門限檢測(cè)裝置檢測(cè)由所述平均裝置確定的所述噪聲的電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
83.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括從所述音頻信號(hào)中減除在由所述門限檢測(cè)裝置確定的所述位置的所述噪聲成分從而得出充分減除了所述噪聲的所述音頻信號(hào)的減除裝置。
84.按照權(quán)利要求83所述的設(shè)備，其中所述減除裝置利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行減除。
85.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的幅度的估計(jì)裝置。
86.按照權(quán)利要求85所述的設(shè)備，其中所述估計(jì)裝置將每個(gè)頻率分辨元的所述幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的最大和最小值的函數(shù)。
87.按照權(quán)利要求85所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑裝置。
88.按照權(quán)利要求83所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)減小在所述減除裝置從所述音頻信號(hào)中減除在由所述門限檢測(cè)裝置確定的所述位置的所述噪聲成分后剩下的殘余噪聲的殘余噪聲處理裝置。
89.按照權(quán)利要求77所述的設(shè)備，所述設(shè)備還包括一個(gè)有多個(gè)接收所述音頻信號(hào)的麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列裝置。
90.一種驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)處理器產(chǎn)生從含有表示可聞噪聲的噪聲信號(hào)的表示可聞聲音的音頻信號(hào)中消除噪聲的噪聲消除信號(hào)的方法，所述方法包括下列步驟輸入含有所述噪聲信號(hào)的所述音頻信號(hào)；產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的頻譜，從而產(chǎn)生所述音頻信號(hào)的一系列頻率分辨元；為每個(gè)頻率分辨元檢測(cè)各自頻率分辨元是否在所述門限范圍之內(nèi)，從而檢測(cè)每個(gè)頻率分辨元的噪聲成分的位置；以及從所述音頻信號(hào)中減除在所述檢測(cè)步驟檢測(cè)到的所述噪聲成分，產(chǎn)生表示充分減除了所述可聞噪聲的所述可聞聲音的音頻信號(hào)。
91.按照權(quán)利要求90所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
92.按照權(quán)利要求91所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟通過按照所述頻率分辨元的根據(jù)一個(gè)將來最小值得出的幅度的當(dāng)前最小值設(shè)置所述門限檢測(cè)所述噪聲成分的位置。
93.按照權(quán)利要求92所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟還包括將所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值的步驟。
94.按照權(quán)利要求93所述的方法，其中所述檢測(cè)步驟還包括將所述將來最小值確定為在一段預(yù)定時(shí)間內(nèi)的最小值的步驟。
95.按照權(quán)利要求93所述的方法，所述方法還包括對(duì)所述各自頻率分辨元的所述噪聲的電平進(jìn)行平均的步驟，其中所述檢測(cè)步驟檢測(cè)由所述平均步驟確定的所述噪聲的電平在所述門限范圍之內(nèi)的所述噪聲成分的位置。
96.按照權(quán)利要求93所述的方法，其中所述減除步驟利用將所述音頻信號(hào)乘以一個(gè)濾波器函數(shù)的濾波器乘法執(zhí)行減除。
97.按照權(quán)利要求93所述的方法，所述方法還包括將每個(gè)頻率分辨元的幅度估計(jì)為對(duì)于n個(gè)頻率分辨元的所述頻率分辨元的最大和最小值的函數(shù)。
98.按照權(quán)利要求97所述的方法，所述方法還包括平滑每個(gè)頻率分辨元的估計(jì)的平滑步驟。
99.按照權(quán)利要求85所述的方法，所述方法還包括減小在所述減除步驟從所述音頻信號(hào)中減除在由所述檢測(cè)步驟確定的所述位置的所述噪聲成分后剩下的殘余噪聲的步驟。
100.按照權(quán)利要求92所述的方法，所述方法還包括從一個(gè)有多個(gè)麥克風(fēng)的自適應(yīng)陣列接收所述音頻信號(hào)的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提出的系統(tǒng)可以消除和減小由諸如計(jì)算機(jī)所用的AC－DC功率變換器之類的電或電磁噪聲源引起的音頻信號(hào)噪聲。這種系統(tǒng)接收以至少為音頻信號(hào)帶寬的兩倍的頻率采樣得到的數(shù)字音頻信號(hào)(102)。輸入樣點(diǎn)存儲(chǔ)在一個(gè)256點(diǎn)的緩存器(104)內(nèi),在緩存器充滿時(shí),新的256個(gè)點(diǎn)在一個(gè)合并器(106)內(nèi)與前256個(gè)點(diǎn)合并,提供512個(gè)輸入點(diǎn),這些輸入點(diǎn)在乘法器(108)內(nèi)乘以一個(gè)長(zhǎng)度為512點(diǎn)的加權(quán)窗。經(jīng)加權(quán)的結(jié)果由FFT處理器(110)變換到頻率域。FFT的輸出在一個(gè)噪聲處理器(112)內(nèi)處理,包括估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的噪聲幅度的處理、估計(jì)每個(gè)頻率分辨元的減除了噪聲的復(fù)數(shù)值的減除處理和減小殘余噪聲的處理。
文檔編號(hào)G10L21/0208GK1348583SQ00804040
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期2000年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月18日
發(fā)明者J·馬拉斯, B·貝爾杜戈 申請(qǐng)人:安德烈電子公司