專利名稱：降噪方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種降噪方法和系統(tǒng)。更明確地，本發(fā)明涉及一種使用自適應(yīng)算法的降噪方法。
背景技術(shù)：
噪聲在各個(gè)領(lǐng)域中引起嚴(yán)重的問(wèn)題，并且特別地，在要求精確語(yǔ)音輸入的情況下把噪聲降至一定程度變得非常關(guān)鍵，目前已提出許多方法來(lái)降低語(yǔ)音識(shí)別領(lǐng)域中的污染噪聲。傳統(tǒng)降噪方法提供人工降噪，例如通過(guò)使用一個(gè)隔音墻來(lái)降低噪聲?？墒?，上述人工降噪方法不適合于降低許多其他種類的噪聲。
例如，如果混合的語(yǔ)音和噪聲被輸入到一個(gè)語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備，則該設(shè)備不能識(shí)別精確的語(yǔ)音并且無(wú)法獲得期望的結(jié)果。因此，語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備在使用傳統(tǒng)人工降噪方法降低噪聲方面存在問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用自適應(yīng)系數(shù)積極地降低噪聲。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，一種降噪系統(tǒng)包括語(yǔ)音分離器，用于接收環(huán)境噪聲以便產(chǎn)生虛擬噪聲，并且從外部輸入的聲源中減掉該虛擬噪聲從而產(chǎn)生虛擬語(yǔ)音；數(shù)字濾波器，用于使用加權(quán)系數(shù)來(lái)濾除該虛擬噪聲并且產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音；減法器，用于從該虛擬語(yǔ)音中減掉由數(shù)字濾波器產(chǎn)生的濾波過(guò)的語(yǔ)音以便計(jì)算誤差；和加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器，用于使用誤差和虛擬語(yǔ)音來(lái)更新加權(quán)系數(shù)使得降低誤差。
加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器使用最陡下降法以更新加權(quán)系數(shù)，因此，誤差的均方值可以是最小值。
在本發(fā)明的另一方面中，一種降噪方法包括(a)外部地接收噪聲以產(chǎn)生虛擬噪聲；(b)通過(guò)使用加權(quán)系數(shù)濾除虛擬噪聲從而產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音；(c)計(jì)算從外部輸入的語(yǔ)音中去掉虛擬噪聲而產(chǎn)生的虛擬語(yǔ)音和濾波過(guò)的語(yǔ)音之間的差值從而產(chǎn)生誤差；和(d)使用該誤差和虛擬噪聲來(lái)更新加權(quán)系數(shù)。
(b)包括使用Σl=0L-1wl(n)x(n-l)]]>產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音，在此，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，而x(n-l)是虛擬噪聲。
(d)包括使用wl(n)+μx(n-l)e(n)更新加權(quán)系數(shù)，在此，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，μ是用于表示步長(zhǎng)的一個(gè)恒量，x(n-l)是虛擬噪聲而e(n)是誤差。
所結(jié)合的并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，說(shuō)明了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，并且和說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種降噪系統(tǒng)的框圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種降噪方法的流程圖；和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于更新自適應(yīng)系數(shù)的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)說(shuō)明中，只示出并描述了簡(jiǎn)單地通過(guò)發(fā)明人實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所預(yù)期的最佳方式的優(yōu)選實(shí)施例。正如將被實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明能夠在各個(gè)明顯的方面進(jìn)行修改，所有的修改都不偏離本發(fā)明。因此，附圖和說(shuō)明書(shū)實(shí)際上作為說(shuō)明性的而非限定性的。
參考附圖，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例將描述一種降噪方法和系統(tǒng)。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種降噪系統(tǒng)的框圖。
正如所示出的，降噪系統(tǒng)包括語(yǔ)音分離器10、數(shù)字濾波器20、減法器30和加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40。
語(yǔ)音分離器10包括AD(模擬轉(zhuǎn)換數(shù)字)轉(zhuǎn)換器以把外部輸入的模擬聲源轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并且它從該外部輸入的聲源中分離虛擬噪聲[x(k)]，并且將它存儲(chǔ)在緩存器中。
詳細(xì)地，當(dāng)語(yǔ)音分離器10沒(méi)有接收附加的語(yǔ)音信號(hào)來(lái)產(chǎn)生虛擬噪聲[x(k)]時(shí)，則環(huán)境噪聲通過(guò)一個(gè)外部輸入端被輸入到語(yǔ)音分離器10，并且語(yǔ)音分離器10對(duì)該輸入噪聲上進(jìn)行傅里葉變換，按照最小單位頻帶分離之，并且把結(jié)果存儲(chǔ)在緩存器中。
語(yǔ)音分離器10接收包括期望語(yǔ)音和噪聲在內(nèi)的聲源時(shí)，降低來(lái)自聲源中的儲(chǔ)存在緩存器中的虛擬噪聲[x(k)]以產(chǎn)生虛擬語(yǔ)音[d(k)]。
數(shù)字濾波器20接收儲(chǔ)存在語(yǔ)音分離器10的緩存器中的虛擬噪聲[x(k)]，按照由加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40產(chǎn)生的加權(quán)系數(shù)[w(k)]來(lái)濾除該虛擬噪聲[x(k)]，然后產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(k)]，其中噪聲被降低。
減法器30從語(yǔ)音分離器10中接收從其中降低了虛擬噪聲[x(k)]的虛擬語(yǔ)音[d(k)]，從虛擬語(yǔ)音[d(k)]中減掉由數(shù)字濾波器20產(chǎn)生的濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(k)]，然后得到一個(gè)誤差[e(k)]。
加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40接收虛擬噪聲[x(k)]和誤差[e(k)]，產(chǎn)生加權(quán)系數(shù)[w(k)]，并且向數(shù)字濾波器20提供該加權(quán)系數(shù)。
參見(jiàn)圖2，將描述降噪方法。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的一種降噪方法的流程圖。
在步驟S201，語(yǔ)音分離器10接收沒(méi)有附加語(yǔ)音輸入的外部噪聲，產(chǎn)生虛擬噪聲[x(k)]，并且將它存儲(chǔ)在緩存器中。降噪系統(tǒng)接收無(wú)附加的外部語(yǔ)音輸入以便產(chǎn)生虛擬噪聲[x(k)]。也就是說(shuō)，建立降噪系統(tǒng)不是接收語(yǔ)音，而是僅僅接收通過(guò)語(yǔ)音輸入終端的環(huán)境噪聲。
沒(méi)有外部語(yǔ)音輸入的噪聲輸入被付里葉變換以便分開(kāi)頻率和幅值。正如所描述的，經(jīng)Fourier變換的噪聲被分離為每個(gè)最小的單位頻帶，儲(chǔ)存在緩存器中，并且經(jīng)反Fourier變換以變成虛擬噪聲[x(k)]。
在步驟S202，虛擬噪聲[x(k)]輸入到數(shù)字濾波器20，并且在步驟S203按照由加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40產(chǎn)生的加權(quán)系數(shù)[w(k)]濾波。正如所描述的，通過(guò)加權(quán)系數(shù)濾波的虛擬噪聲產(chǎn)生來(lái)成為期望的語(yǔ)音。
在此情況下，當(dāng)每一頻帶分離的虛擬噪聲被表示為[x(n)，x(n-1)，...，x(n-L+1)]，并且相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)為[w0(n)，w1(n)，...，wL-1(n)]，濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(n)]被表示為式1式1y(n)=Σl=0L-1wl(n)x(n-l)]]>當(dāng)利用式2中的向量組來(lái)表示每一頻帶分離的虛擬噪聲和加權(quán)系數(shù)時(shí)，濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(n)]可以如式3所示。
式2X(n)＝[x(n)x(n-1)...x(n-L+1)]TW(n)＝[w0(n)w1(n)...wL-1(n)]T式3y(n)＝WT(n)X(n)＝XT(n)W(n)接下來(lái)，在步驟S204，通過(guò)從外部輸入的聲源中減掉虛擬噪聲所獲得的虛擬語(yǔ)音[d(n)]輸入到減法器30，然后通過(guò)從虛擬語(yǔ)音[d(n)]中減去由數(shù)字濾波器產(chǎn)生的濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(n)]所獲得的一個(gè)數(shù)值被定義為一個(gè)誤差[e(n)]，然后輸出。該誤差在式4中被表達(dá)。
式4e(n)＝d(n)-y(n)＝d(n)-WT(n)X(n)在步驟S205，加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40接收誤差[e(n)]和虛擬噪聲[x(n)]以便更新加權(quán)系數(shù)。在步驟S206，更新了的加權(quán)系數(shù)[W(n+1)]被數(shù)字濾波器20用來(lái)濾除虛擬噪聲，并且相應(yīng)地產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音[y((n+1)]，并且通過(guò)重復(fù)上述的處理從而產(chǎn)生降噪語(yǔ)音。
現(xiàn)在詳細(xì)描述用于產(chǎn)生加權(quán)系數(shù)的方法。
如上所述，加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40需要誤差和虛擬噪聲用于更新加權(quán)系數(shù)。誤差是在通過(guò)從輸入語(yǔ)音中減掉虛擬噪聲所產(chǎn)生的虛擬語(yǔ)音與通過(guò)數(shù)字濾波器使用加權(quán)系數(shù)濾除虛擬噪聲所產(chǎn)生的語(yǔ)音(即，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中結(jié)果期望的語(yǔ)音)之間的一個(gè)差值。加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器40更新加權(quán)系數(shù)以最小化式5中表達(dá)的誤差均方值。
式5ξ(n)＝E[e2(n)]當(dāng)以向量形式使用誤差來(lái)表示式5時(shí)，獲得式6。
式6ξ(n)＝E[(d(n)-XT(n)W(n))2]＝E[d2(n)]-2E[d(n)XT(n)]W(n)+WT(n)E[X(n)XT(n)]W(n)＝E[d2(n)]-2PTW(n)+WT(n)RW(n)在此情況下，當(dāng)使用最陡下降法作為一個(gè)最優(yōu)化算法并且計(jì)算加權(quán)系數(shù)[W(n)]以便最小化ξ(n)時(shí)，它如式7所示。
式7W(n+1)＝W(n)+μX(n)e(n)在此μ表示一個(gè)步長(zhǎng)。
當(dāng)不使用向量形式表示式7時(shí)，它被表示成式8。
式8w1(n+1)＝w1(n)+μx(n-l)e(n)在此，l＝0，1，2，...，L-1。
以下參照?qǐng)D3描述一種使用式8來(lái)更新加權(quán)系數(shù)的方法。
和圖3示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的用于更新自適應(yīng)系數(shù)的方法流程圖。
首先，在步驟S301，為了找到一個(gè)加權(quán)系數(shù)需要確定一個(gè)初始值。初始值包括加權(quán)系數(shù)的步長(zhǎng)μ和初始值[w1(0)]。在步驟S302，加權(quán)系數(shù)的初始值被代入式1中以計(jì)算濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(0)]。在步驟S303，計(jì)算虛擬語(yǔ)音[d(0)]和濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(0)]之間的誤差以便計(jì)算出一個(gè)誤差[e(0)]。
接下來(lái)，使用在早先步驟S301中確定的誤差[e(0)]、加權(quán)系數(shù)的初始值以及在步驟S304中的步長(zhǎng)來(lái)更新加權(quán)系數(shù)[w1(1)]。使用更新的加權(quán)系數(shù)[w1(1)]，重復(fù)早先的步驟S302到S304從而得到一個(gè)加權(quán)系數(shù)。
也就是說(shuō)，在步驟S302通過(guò)把加權(quán)系數(shù)[w1(n)]代入式1中來(lái)計(jì)算出濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(n)]；在步驟S303計(jì)算出在濾波過(guò)的語(yǔ)音[y(n)]和虛擬語(yǔ)音[d(n)]之間的誤差[e(n)]；并且在步驟S304使用誤差[e(n)]和步長(zhǎng)來(lái)更新加權(quán)系數(shù)以便獲得一個(gè)新的加權(quán)系數(shù)[w1(n+1)]。
通過(guò)如上所述地更新加權(quán)系數(shù)，則每次語(yǔ)音被輸入時(shí)誤差被降低從而降低噪聲。
根據(jù)本發(fā)明，由于加權(quán)系數(shù)被實(shí)時(shí)更新，所以噪聲可以相應(yīng)于環(huán)境的變化實(shí)時(shí)降低。
本發(fā)明已描述目前被認(rèn)為是最實(shí)用且優(yōu)選的實(shí)施例，所應(yīng)理解的是，本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的實(shí)施例，相反地，各種修改和等同置換均包含在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種降噪系統(tǒng)，包括語(yǔ)音分離器，用于接收環(huán)境噪聲以產(chǎn)生虛擬噪聲，并且從外部輸入的聲源中減掉該虛擬噪聲從而產(chǎn)生虛擬語(yǔ)音；數(shù)字濾波器，用于使用加權(quán)系數(shù)來(lái)濾除該虛擬噪聲并且產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音；減法器，用于從該虛擬語(yǔ)音中減掉由數(shù)字濾波器產(chǎn)生的濾波過(guò)的語(yǔ)音以便計(jì)算誤差；和加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器，用于使用誤差和虛擬語(yǔ)音來(lái)更新加權(quán)系數(shù)以降低誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器更新加權(quán)系數(shù)以使誤差的均方值可以成為最小值。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器使用最陡下降法以更新該加權(quán)系數(shù)從而誤差的均方值可以成為最小值。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器使用wl(n)+μx(n-l)e(n)來(lái)更新加權(quán)系數(shù)，在此，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，μ是用于表示步長(zhǎng)的一個(gè)恒量，x(n-l)是虛擬噪聲，而e(n)是誤差。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，數(shù)字濾波器使用Σl=0L-1wl(n)x(n-l)]]>來(lái)產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音，在此，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，而x(n-l)是虛擬噪聲。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，語(yǔ)音分離器還包括一個(gè)緩存器，用于為每個(gè)頻帶分離虛擬噪聲并且存儲(chǔ)之。
7.一種降噪方法，包括(a)外部地接收噪聲以便產(chǎn)生虛擬噪聲；(b)通過(guò)使用一個(gè)加權(quán)系數(shù)濾除虛擬噪聲以產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音；(c)計(jì)算從外部輸入的語(yǔ)音中去掉虛擬噪聲而產(chǎn)生的虛擬語(yǔ)音和濾波過(guò)的語(yǔ)音之間的差值從而產(chǎn)生誤差；和(d)使用該誤差和虛擬噪聲來(lái)更新加權(quán)系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，(a)還包括為每個(gè)頻帶分離虛擬噪聲。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，(b)包括使用Σl=0L-1wl(n)x(n-l)]]>來(lái)產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音，其中，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，而x(n-l)是虛擬噪聲。。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其中(d)包括更新加權(quán)系數(shù)以使誤差的均方值可以成為最小值。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，(d)使用最陡下降法來(lái)更新加權(quán)系數(shù)。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，(d)包括使用wl(n)+μx(n-l)e(n)來(lái)更新加權(quán)系數(shù)，其中，wl(n)是加權(quán)系數(shù)，μ是用于表示步長(zhǎng)的一個(gè)恒量，x(n-l)是虛擬噪聲，而e(n)是誤差。
全文摘要
公開(kāi)了一種降噪系統(tǒng)，包括語(yǔ)音分離器，用于接收環(huán)境噪聲以便產(chǎn)生虛擬噪聲，并且從外部輸入的聲源中減掉該虛擬噪聲從而產(chǎn)生虛擬語(yǔ)音；數(shù)字濾波器，用于使用加權(quán)系數(shù)來(lái)濾除該虛擬噪聲并且產(chǎn)生濾波過(guò)的語(yǔ)音；減法器，用于從該虛擬語(yǔ)音中減掉由數(shù)字濾波器產(chǎn)生的濾波過(guò)的語(yǔ)音以便計(jì)算誤差；和加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器，用于使用誤差和虛擬語(yǔ)音來(lái)更新加權(quán)系數(shù)使得降低誤差。在這里，加權(quán)系數(shù)產(chǎn)生器利用最陡下降法實(shí)時(shí)更新加權(quán)系數(shù)以使將誤差均方值最小化。
文檔編號(hào)G10K11/178GK1482596SQ03122149
公開(kāi)日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月17日
發(fā)明者金潤(rùn)煥, 姜千模 申請(qǐng)人:信息技術(shù)美吉科有限公司