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小数组麦克装置及其噪声抑制方法

阅读:139发布:2020-05-12

专利汇可以提供小数组麦克装置及其噪声抑制方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种小数组麦克 风 装置包括第一与第二全向麦克风、麦克风校准单元以及定向麦克风生成单元。第一与第二全向麦克风分别将声音从期望近端扬声器转换为第一与第二 信号 ,其中第二、第一全向麦克风以及期望近端扬声器呈直线排列。麦克风校准单元接收第一以及第二信号并且校正其增益而分别输出第一以及第二校准信号。定向麦克风生成单元接收第一与第二校准信号,根据 控制信号 输出具有预定方向性的第一定向麦克风信号以及具有固定方向性的第二定向麦克风信号来检测噪声,其中不论由环境检测单元所产生的环境噪声 能量 是否超过预定临界值都决定控制信号。,下面是小数组麦克装置及其噪声抑制方法专利的具体信息内容。

1.一种小数组麦克装置,包括:
第一与第二全向麦克风,分别将声音从期望近端扬声器转换为第一与第 二信号,其中所述第二、第一全向麦克风以及上述期望近端扬声器呈直线排 列;
麦克风校准单元,接收所述第一以及第二信号并且校正其增益而分别输 出第一以及第二校准信号;以及
定向麦克风生成单元,接收所述第一与第二校准信号,根据控制信号输 出具有预定方向性的第一定向麦克风信号以及具有固定方向性的第二定向麦 克风信号来检测噪声,其中上述控制信号是由环境检测单元所产生的环境噪 声能量是否超过预定临界值来决定的。
2.如权利要求1所述的小数组麦克风装置,其中,具有固定方向性的所 述第二定向麦克风信号是具有心型、超心型或是广心型指向并用来检测噪 声的信号。
3.如权利要求1所述的小数组麦克风装置,其中,当所述环境噪声能量 低于所述预定临界值时,具有预定方向性的所述第一定向麦克风信号具有近 全指向的信号,当所述环境噪声能量超过所述预定临界值时,具有预定方向 性的所述第一定向麦克风信号是具有心型指向的信号。
4.如权利要求1所述的小数组麦克风装置,其中,所述麦克风校准单元 进一步包括:
能量检测单元,检测所述第一与第二信号的每个频带的能量;
能量平滑单元,使所述第一与第二信号的每个频带平滑;
校准单元,通过将校准增益与所述第一信号的每个频带相乘来校准所述 第一信号与第二信号的每个频带,其中所述校准增益是通过将所述第二信号 的每个频带除以所述第一信号的每个频带而产生的;以及
次频带合成单元,合成所述第一与第二信号的每个频带而产生所述第一 与第二校准信号。
5.如权利要求1所述的小数组麦克风装置,其中,所述定向麦克风生成 单元进一步包括:
第一相位调整单元,根据所述控制信号将所述第一校准信号偏移第一相 位而产生第一偏移信号,当所述环境噪声能量低于所述预定临界值时,所述 第一相位为用来补偿从所述第一全向麦克风至所述第二全向麦克风的声波传 播的第一值,而当所述环境噪声能量超过所述预定临界值时,所述第一相位 小于所述第一值;
第二相位调整单元,根据所述控制信号将所述第二校准信号偏移第二相 位而产生第二偏移信号,其中当所述环境噪声能量低于所述预定临界值时所 述第二相位为180度,而当所述环境噪声能量超过所述预定临界值时所述第 二相位为0度;
第三相位调整单元,将所述第二校准信号偏移固定相位而产生第三信号;
第一减法器,将所述第一偏移信号减去所述第二偏移信号而产生所述第 一定向麦克风信号;以及
第二减法器,将所述第一偏移信号减去所述第三信号而产生所述第二定 向麦克风信号。
6.如权利要求1所述的小数组麦克风装置,进一步包括:
噪声抑制单元,接收所述第一与第二定向麦克风信号以及所述第二校准 信号,抑制时域的噪声,并分别输出第一定向信号、第二定向信号以及第三 校准信号;
适应性信道生成单元,接收所述第一与第二定向信号以及所述第三校准 信号而产生第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第一参考信道信号; 以及
转换器,将所述第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第一参考信 号从时域转换为频域并分别输出第三主要信道信号、第四主要信道信号以及 第二参考信道信号。
7.如权利要求6所述的小数组麦克风装置,进一步包括检测单元,接收 并比较所述第二参考信道信号以及第四主要信道信号而输出所述控制信号来 控制具有预定方向性的所述第一定向麦克风信号。
8.如权利要求7所述的小数组麦克风装置,其中所述检测单元进一步包 括:
环境噪声估测单元,接收并比较所述第二参考信道信号以及所述第四主 要信道信号而输出噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号;以及
所述环境检测单元检测所述噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较 信号并根据所述环境噪声能量产生所述控制信号,其中所述环境噪声能量是 根据所述噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号而产生的。
9.如权利要求8所述的小数组麦克风装置,进一步包括:
频域噪声抑制单元,接收所述第三主要信道信号以及所述第二参考信道 信号,抑制所述第三主要信道信号的噪声并且产生第一清楚的语音信号
均衡器,所述均衡器以信噪比基础,对所述第一清楚的语音信号进行 均衡而产生第二清楚的语音信号;以及
反相转换器,将所述第二清楚的语音信号从频域转换为时域而产生第三 清楚的语音信号。
10.一种噪声抑制方法,包括:
将第一与第二全向麦克风以及期望近端扬声器设置为一直线;
校准来自所述第一与第二全向麦克风的第一信号以及第二信号的每个频 带而分别产生第一以及第二校准信号;
根据所述第一校准信号、第二校准信号以及控制信号产生具有预定方向 性的第一定向麦克风信号,其中所述控制信号是由环境噪声是否超过预定临 界值来决定的;以及
根据所述第一与第二校准信号产生具有固定方向性的第二定向麦克风信 号来检测噪声。
11.如权利要求10所述的噪声抑制方法,进一步包括:
抑制所述第一定向麦克风信号、第二定向麦克风信号以及第二校准信号 的噪声而分别产生第一定向信号、第二定向信号以及第三校准信号;
通过使用适应性信道生成单元根据所述第一与第二定向信号以及第三校 准信号而形成第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第一参考信道信号;
将所述第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第三校准信号从时域 转换为频域而产生第三主要信道信号、第四主要信道信号以及第二参考信道 信号;以及
比较所述第二参考信道信号以及所述第四主要信道信号而产生所述控制 信号来控制具有预定方向性的所述第一定向麦克风信号。
12.如权利要求10所述的噪声抑制方法,其中校正所述第一信号与第二 信号的每个频带,进一步包括:
检测所述第一与第二信号的每个频带的能量;
使所述第一与第二信号的每个频带平滑;
通过将校准增益与所述第一信号的每个频带相乘来校准所述第一信号与 第二信号的每个频带,其中所述校准增益是通过将所述第二信号的每个频带 除以所述第一信号的每个频带而产生的;以及
合成所述第一与第二信号的每个频带而产生所述第一与第二校准信号。
13.如权利要求10所述的噪声抑制方法,其中产生所述第一与第二定向 麦克风信号,进一步包括:
根据所述控制信号将所述第一校准信号偏移第一相位而产生第一偏移信 号,当所述环境噪声能量低于所述预定临界值时,所述第一相位是用来补偿 从所述第一全向麦克风至所述第二全向麦克风的声波传播的第一值,而当所 述环境噪声能量超过所述预定临界值时,所述第一相位小于所述第一值;
根据所述控制信号将所述第二校准信号偏移第二相位而产生第二偏移信 号,其中当所述环境噪声能量低于所述预定临界值时所述第二相位为180度, 而当所述环境噪声能量超过所述预定临界值时所述第二相位为0度;
将所述第二校准信号偏移固定相位而产生第三信号;
将所述第一偏移信号减去所述第二偏移信号而产生所述第一定向麦克风 信号;以及
将所述第一偏移信号减去所述第三信号而产生所述第二定向麦克风信 号。
14.如权利要求11所述的噪声抑制方法,其中比较所述第二参考信道信 号与第四主要信道信号,进一步包括:
接收并比较所述第二参考信道信号以及所述第四主要信道信号而输出噪 声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号;以及
检测所述噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号并根据所述环 境噪声能量产生所述控制信号,其中所述环境噪声能量是根据所述噪声估测 信号、第一比较信号以及第二比较信号而产生的。
15.如权利要求11所述的噪声抑制方法,进一步包括:
抑制所述第三主要信道信号的噪声并且产生第一清楚的语音信号;
对所述第一清楚的语音信号进行均衡而产生第二清楚的语音信号;以及
将所述第二清楚的语音信号从频域转换为时域而产生第三清楚的语音信 号。
16.如权利要求10所述的噪声抑制方法,其中,具有固定方向性的所述 第二定向麦克风信号是具有心型、超心型或是广角心型指向并用来检测噪声 的信号。
17.如权利要求10所述的噪声抑制方法,其中,当所述环境噪声能量低 于所述预定临界值时,具有预定方向性的所述第一定向麦克风信号是具有相 同多指向的信号,当所述环境噪声能量超过所述预定临界值时,具有预定方 向性的所述第一定向麦克风信号是具有心型指向的信号。
18.一种小数组麦克风装置,包括:
第一、第二以及第三全向麦克风,分别将来自期望近端扬声器的声音转 换为第一、第二以及第三信号,其中所述第三、第二与第一全向麦克风以及 所述期望近端扬声器呈直线排列;
麦克风校准单元,接收所述第一、第二以及第三信号并校正其增益,并 且分别输出第一、第二以及第三校准信号;以及
定向麦克风生成单元,接收所述第一、第二以及第三校准信号,根据控 制信号输出具有预定方向性的第一定向麦克风信号以及具有固定方向性的第 二定向麦克风信号来检测噪声,其中所述控制信号是由环境检测单元所产生 的环境噪声能量是否超过预定临界值来决定的。
19.如权利要求18所述的小数组麦克风装置,进一步包括:
噪声抑制单元,接收所述第一与第二定向麦克风信号以及所述第二校准 信号,抑制时域的噪声,并分别输出第一定向信号、第二定向信号以及第三 校准信号;
适应性信道生成单元,接收所述第一与第二定向信号以及所述第三校准 信号而产生第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第一参考信道信号; 以及
转换器,将所述第一主要信道信号、第二主要信道信号以及第一参考信 号从时域转换为频域并分别输出第三主要信道信号、第四主要信道信号以及 第二参考信道信号。
20.如权利要求19所述的小数组麦克风装置,进一步包括:
环境噪声估测单元,接收并比较所述第二参考信道信号以及所述第四主 要信道信号而输出噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号;以及
所述环境检测单元,检测所述噪声估测信号、第一比较信号以及第二比 较信号并根据所述环境噪声能量产生所述控制信号,其中所述环境噪声能量 是根据所述噪声估测信号、第一比较信号以及第二比较信号而产生的。
21.如权利要求20所述的小数组麦克风装置,进一步包括:
频域噪声抑制单元,接收所述第三主要信道信号以及所述第二参考信道 信号,抑制所述第三主要信道信号的噪声并且产生第一清楚的语音信号;
均衡器,所述均衡器以信噪比为基础,对所述第一清楚的语音信号进行 均衡而产生第二清楚的语音信号;以及
反相转换器,将所述第二清楚的语音信号从频域转换为时域而产生第三 清楚的语音信号。

说明书全文

技术领域

发明有关于小数组麦克,特别是有关于小数组麦克风的噪声抑制。

背景技术

在许多通信系统以及语音识别装置中通常需要通过抑制噪声来改善通信 品质以及语音识别效能。噪声抑制可通过许多不同的技术来达成,这些技术 被分类为单麦克风技术以及数组麦克风技术。
数组麦克风噪声降低技术是使用设置于不同位置并且彼此分隔最小距离 的多麦克风来形成声束。一般来说,该声束是被拾波以用来降低声束外部拾 波噪声的语音。因此,数组麦克风技术可抑制非定性噪声。然而,多麦克风 本身也会产生更多的噪声。
因此,期望发展出一种可有效抑制通信系统与语音识别装置中噪声的方 法。

发明内容

本发明将于下述实施例及参照附图中进行详述。
本发明实施例提供一种小数组麦克风装置,包括第一与第二全向麦克风、 麦克风校准单元以及定向麦克风生成单元。第一与第二全向麦克风分别将声 音从期望近端扬声器转换为第一与第二信号,其中声音、第一全向麦克风以 及期望近端扬声器呈直线排列。麦克风校准单元接收第一以及第二信号并且 校正其增益而分别输出第一以及第二校准信号。定向麦克风生成单元接收第 一与第二校准信号,根据控制信号输出具有预定方向性的第一定向麦克风信 号以及具有固定方向性的第二定向麦克风信号来检测噪声,其中控制信号是 由环境检测单元所产生的环境噪声能量是否超过预定临界值来决定的。
本发明另一实施例提供一种噪声抑制方法,包括将第一与第二全向麦克 风以及期望近端扬声器设置为一直线;校准来自第一与第二全向麦克风的第 一信号以及第二信号的每个频带而分别产生第一以及第二校准信号;根据第 一校准信号、第二校准信号以及控制信号产生具有预定方向性的第一定向麦 克风信号,其中不论环境噪声是否超过预定临界值都决定该控制信号;以及 根据第一与第二校准信号产生具有固定方向性的第二定向麦克风信号来检测 噪声。

附图说明

通过阅读随后的详细说明以及参照其附图的范例,将可完全了解本发明, 其中附图包括:
图1显示根据本发明实施例所述的小数组麦克风装置的示意图。
图2显示根据本发明另一实施例所述的麦克风校准单元的示意图。
图3显示根据本发明另一实施例所述的定向麦克风生成单元的示意图。
图4显示根据本发明另一实施例所述的检测单元的示意图。
图5显示根据本发明另一实施例所述的小数组麦克风装置的示意图。
图6显示根据本发明另一实施例所述的定向麦克风生成单元的示意图。

具体实施方式

下文为介绍本发明的优选实施例。各实施例用以说明本发明的原理,但 非用以限制本发明。本发明的范围应当以所附的权利要求为准。
图1显示根据本发明实施例所述的小数组麦克风装置100的示意图。小 数组麦克风装置100包括全向(omni-directional)麦克风Mic1与Mic2、麦克风 校准单元110、定向麦克风生成单元120、时域噪声抑制单元130、适应性信 道生成单元140、转换器150、检测单元155、频域噪声抑制单元180、以SNR 为基础的均衡器185以及反相转换器190。小数组麦克风装置100通过检测 环境噪声调整方向性定向麦克风信号dm1与dm2来抑制噪声。再者,检测单 元155包括环境噪声估测单元(ambient noise estimate unit)160以及环境检测 单元170。
如图1所示,期望近端扬声器10以及全向麦克风Mic1以及Mic2呈直 线排列,又叫做端射途径(end-fire way)。全向麦克风Mic1以及Mic2分别将 来自期望近端扬声器10的声音转换为信号S1与S2。麦克风校准单元110接 收信号S1与S2,校准其增益并分别输出校准信号C1与C2。定向麦克风生 成单元120接收校准信号C1与C2,并且根据控制信号Ctrl输出具有预定方 向性的定向麦克风信号dm1以及具有固定方向性的定向麦克风信号dm2来检 测噪声。控制信号Ctrl是由环境检测单元170所测得的环境噪声能量是否超 过预定临界值来决定的。根据本发明另一实施例,具有固定方向性的定向麦 克风信号dm2为具有心型指向、超心型指向或广心型指向的并且用来检测 噪声的信号。当环境噪声能量低于该预定临界值时,具有预定方向性的定向 麦克风信号dm1为具有近全指向的信号。当环境噪声能量超过该预定临界值 时,具有预定方向性的定向麦克风信号dm1为具有心型指向、超心型指向或 是广角心型指向的信号。
时域噪声抑制单元130接收定向麦克风信号dm1与dm2以及校准信号 C2来抑制噪声并分别输出定向信号d1与d2以及校准信号C3至适应性信道 生成单元140。
适应性信道生成单元140接收定向信号d1与d2以及校准信号C3并分 别产生第一主要信道信号m1、第二主要信道信号m2以及参考信道信号r1。 将第二主要信道信号m2间接地提供至环境噪声估测单元160来检测环境。
转换器150将第一主要信道信号m1、第二主要信道信号m2以及参考信 号r1从时域转换为频域,并分别输出主要信道信号M1与M2以及参考信道 信号R1。将主要信道信号M2、参考信道R1以及频域信号提供至检测单元 155的环境噪声估测单元160。
环境噪声估测单元160接收参考信道信号R1以及主要信道信号M2并且 执行比较以输出控制信号Co1与Co2以及噪声估测信号N1至环境检测单元 170。环境检测单元170根据控制信号Co1与Co2以及噪声估测信号N1产生 控制信号Ctrl,控制信号Ctrl用来控制具有预定方向性的定向麦克风信号 dm1。
频域噪声抑制单元180接收主要信道信号M1以及噪声估测信号N1,根 据噪声估测信号N1抑制主要信道信号M1的噪声并产生清楚的语音信号V1。 以SNR为基础的均衡器185对清楚的语音信号V1执行均衡以产生清楚的语 音信号V2。反相转换器190将清楚的语音信号V2从频域转换为时域以产生 清楚的语音信号v2。
图2显示根据本发明另一实施例所述的麦克风校准单元110的示意图。 麦克风校准单元110包括能量检测单元112、能量平滑单元114、校准单元116 以及次频带合成单元118。能量检测单元112包括次频带分析单元1121、所 有频带单元中的能量计算1122以及语音活动性检测单元1123。能量检测单元 112检测信号S1与S2中每个频带的能量。能量平滑单元114使信号S1与S2 的每个频带平滑。校准单元116包括校准所有频带增益的单元1161和将麦克 风增益应用至所有频带单元1162。校准所有频带增益的单元1161通过将校准 增益与信号S1的每个频带相乘来校准信号S1与S2的每个频带,其中所产生 的校准增益是通过将信号S2的每个频带除以信号S1的每个频带而得到的。 应用至所有频带单元1162的麦克风增益可包括对信号S1与S2的所有频带相 乘的预定增益。次频带合成单元118将信号S1与S2的每个频带进行合成以 产生校准信号X1与X2。
图3显示根据本发明另一实施例所述的定向麦克风生成单元120的示意 图。定向麦克风生成单元120包括第一相位调整单元121、第二相位调整单 元122、固定相位调整单元123以及减法器124与125。
第一相位调整单元121根据控制信号Ctrl将校准信号X1偏移第一相位 P1而产生信号XP1。当环境噪声能量低于预定临界值时,第一相位P1为正 值P0以用来补偿从全向麦克风Mic1至全向麦克风Mic2的声波传播。当环 境噪声能量超过预定临界值时,相位P1小于正值P0。环境噪声能量是由检 测装置155测得的。
第二相位调整单元122根据控制信号Ctrl将校准信号X2偏移第二相位 P2而产生信号XP2。当环境噪声能量低于预定临界值时,第二相位为180度, 以相加具有相同相位的两个校准信号X1与X2。当环境噪声能量超过预定临 界值时,第二相位P2为0度。
固定相位调整单元123将校准信号X3偏移固定相位P3而产生信号XP3。 第一减法器124将信号XP1减去信号XP2而产生第一定向麦克风信号dm1, 其方向性是通过控制信号Ctrl改变的。第二减法器125将信号X1减去信号 XP3而产生具有固定方向性的第二定向麦克风信号dm2,例如超心型指向或 是广角心型指向并且用来检测噪声的信号。
图4显示根据本发明另一实施例所述的检测单元155的示意图。检测单 元155包括环境噪声估测单元160以及环境检测单元170。环境噪声估测单 元160包括全能量计算单元1621与1622,每个频率槽能量计算单元1641与 1642,能量平滑单元1651、1652、1653与1654,比较单元1671与1672以 及噪声估测单元168。全能量计算单元1621计算参考信道信号R1的全能量 而输出能量信号Pw1。能量平滑单元1651使能量信号Pw1平滑而输出能量 信号Ps1。每个频率槽能量计算单元1641计算每个频率槽的能量而输出能量 信号Bw1。能量平滑单元1652使能量信号Bw1平滑而输出能量信号Bs1。
同样的,全能量计算单元1622计算主要信道信号M2的全能量而输出能 量信号Pw2。能量平滑单元1654使能量信号Pw2平滑而输出能量信号Ps2。 每个频率槽能量计算单元1642计算每个频率槽的能量而输出能量信号Bw2。 能量平滑单元1653使能量信号Bw2平滑而输出能量信号Bs2。值得注意的是, 主要信道信号M2提供噪声检测。
比较单元1672对能量信号Ps与Ps2执行比较而产生控制信号Co1。控 制信号Co1是被能量信号Ps2除过的能量信号Ps1。同样的,比较单元1671 对能量信号Bs1与Bs2执行比较而产生能量信号Bs2。噪声估测单元168接 收控制信号Co1与Co2以及能量信号Bs1而产生噪声估测信号N1。环境检 测单元170产生控制信号Ctrl来控制定向麦克风单元120,并且根据控制信 号Co1与Co2以及能量信号Bs1大于或小于预定值而形成不同的指向。若所 有的控制信号Co1与Co2以及能量信号Bs1都大于预定值,则环境噪声能量 超过预定值(吵杂的环境)且第一定向麦克风信号dm1的指向为超心型指向或 是广角心型指向。
若控制信号Co1与Co2以及能量信号Bs1都未超过预定值,则环境噪声 能量不会超过预定临界值(安静的环境)且第一定向麦克风信号dm1的指向为 近全向指向。
图5显示根据本发明另一实施例所述的小数组麦克风装置500的示意图。 小数组麦克风装置500包括全向麦克风Mic1、Mic2与Mic3,麦克风校准单 元510,定向麦克风生成单元520,时域噪声抑制单元130,适应性信道生成 单元140、转换器150、检测单元155、频域噪声抑制单元180、以SNR为基 础的均衡器185以及反相转换器190。小数组麦克风装置500与小数组麦克 风装置100之间的差异在于多了一个全向麦克风Mic3、麦克风校准单元510 以及定向麦克风生成单元520。值得注意的是,定向麦克风生成单元520是 其中最大的差异,并在下文中进行详细说明。
图6显示根据本发明另一实施例所述的定向麦克风生成单元520的示意 图。定向麦克风生成单元520包括第一相位调整单元521、第二相位调整单 元522、第三相位调整单元523、固定相位调整单元524、第五相位调整单元 528、第六相位调整单元529以及减法器525、526与527。定向麦克风生成 单元520为具有两级处理的二阶定向麦克风生成单元。在第一级中,校准信 号X1、X2与X3会被分别传送至第一相位调整单元521、第二相位调整单元 522以及第三相位调整单元523,并且分别对校准信号X1、X2与X3执行P1、 P2与P3的相位偏移而产生三个相位偏移信号XP1、XP2与XP3。减法器525 与526分别通过将信号XP1减去信号XP2以及将信号XP2减去信号XP3而 产生信号X11以及X21。控制信号Ctrl用来控制相位偏移值P1、P2与P3而 取得三个相位偏移信号XP1、XP2与XP3,并且进一步地形成第一级方向性。 在第二级中,将信号X11与X21分别传送至第五相位调整单元528以及第六 相位调整单元529并将信号X11与X21分别执行P11与P21的相位偏移而产 生两个相位偏移信号XP4与XP5。
减法器531通过将信号XP4减去XP5而产生具有预定方向性的第一定向 麦克风信号dm1。控制信号Ctrl用来控制相位偏移值P11与P21而取得两个 相位偏移信号XP4与XP5,并且进一步地形成第二级方向性。同样的,减法 器527通过将校准信号X2减去信号XP4而产生具有固定方向性的第二定向 麦克风信号dm2。
本发明虽以优选实施例如上进行公开,然其并非用以限定本发明的范围, 任何本领技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可做出一些的修 改与改进,因此本发明的保护范围应当以所附的权利要求所限定的范围为准。
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