通过频谱相减而提供信号噪声减小的系统、方法和移动电话
2019-11-22

通过频谱相减而提供信号噪声减小的系统、方法和移动电话

噪声减小系统中用于提供语音增强的方法和设备,包括使用线性卷积、因果滤波和/或频谱相减增益函数的频谱有关的指数平均的频谱相减算法。按照示例性实施例,频谱相减增益函数的连续块根据有噪声的语音信号的频谱密度的估值和有噪声的语音信号的噪声分量的频谱密度的平均估值而被平均。增益函数的连续块被例如通过使用控制的指数平均被平均。控制是例如通过制做反比于差异的指数平均存储器而被提供的。替换地,平均存储器可被做成随差异减小而成正比增长,以及随差异增加而成指数衰减,以便防止可听到的模糊的话音。

在运行时,传统的频谱相减系统200通过使用上述的传统的频谱相减算法来处理进入的有噪声的语音信号,以便提供更干净的、噪声减小的语音信号。实际上,图2的各个部分可以通过使用任何的已知数字信号处理技术来实施,包括通用的计算机、一批集成电路和/或专用集成电路(ASIC)。

发明领域本发明涉及通信系统,更具体地,涉及用于减小通信信号中破坏性的背景噪声分量的影响的方法和设备。

图3-4显示了按照本发明的示例性频谱相减噪声减小处理器。

不考虑实施的精确频谱估值技术,甚至进一步通过使用平均技术,也有可能和有希望减小噪声周期图估值的方差。例如,在噪声是长期平稳的假设下,有可能平均从上述的Bartlett和Welch方法造成的周期图。一种技术利用的指数平均为:Px,M(l)=α·Px,M(l-1)+(1-α)·Px,M(l)          (16)在式(16)中,通过使用Bartlett或Welch方法计算函数Px,M(l),函数Px,M(l)是当前块的指数平均,以及函数Px,M(l-1)是先前块的指数平均。参量α控制指数存储器的长度,以及典型地不应当超过可以认为噪声是平稳的那个长度。更接近于1的α导致更长的指数存储器以及周期图方差的显著减小。

话音活动性检测器330的控制输出端被耦合到开关325的推动输入端,以及开关325的第二触片被耦合到块方式平均装置340的输入端。块方式平均装置340的输出端被耦合到低阶增益计算处理器350的第二输入端和平均控制器445的第二输入端。低阶增益计算处理器350的输出端被耦合到指数平均处理器446的信号输入端,以及平均控制器445的输出被耦合到指数平均处理器446的控制输入端。

总之,本发明提供通过使用线性卷积、因果滤波、和/或增益函数的控制的指数平均而用于频谱相减的改进的方法和设备。示例性方法提供改进的噪声减小,以及对于不一定是2的幂次的帧长度很起作用。当噪声减小方法与其它的语音增强方法以及语音编码器相结合时,这可以是重要的性质。

发明背景今天,移动电话和其它通信设备中免提装置的使用正日益增长。与免提解决方案有关的、熟知的问题(特别是在汽车应用中)是关于在免提话筒处拾取和被发送到远端用户的破坏性背景噪声的问题。换句话说,由于免提话筒与近端用户之间的距离可能相当大,所以免提话筒不单拾取近端用户的语音,也拾取在近端位置处可能存在的任何噪声。例如,在汽车电话应用中,近端话筒典型地拾取周围的交通、道路和行人的分门别类的噪声。最终的有噪声的近端语音对于远端用户而言可能是很烦人的或甚至是不可容忍的。因此,希望背景噪声尽可能地减小,最好是尽早地在近端信号处理链中被减小(例如,在接收的近端话筒信号被输入到近端语音编码器之前)。

如图所示,有噪声的语音输入信号被耦合到Bartlett处理器305的输入端和快速傅里叶变换处理器310的输入端。Bartlett处理器305的输出被耦合到幅度平方处理器320的输入端以及快速傅里叶变换处理器310的输出被耦合到乘法器360的第一输入端。幅度平方处理器320的输出被耦合到开关325的第一触片和低阶增益计算处理器350的第一输入端。话音活动性检测器330的控制输出端被耦合到开关325的推动输入端,以及开关325的第二触片被耦合到块方式平均装置340的输入端。

图6-7显示了通过使用按照本发明的频谱相减技术而得到的示例的增益函数。

虽然这些方法确实提供了各种程度的语音改善,但无论如何,如果能够开发用于解决上述与音乐音和块间不连续性有关的频谱相减问题的替换技术,仍将是有利的。因此,需要一种用于通过频谱相减进行噪声减小的改进的方法和设备。

应当指出,由于按照示例性实施例,选择帧长度L和子块长度M的总和小于N-1,所以可以加上长度为J≤N-1-L-M的额外的固定FIR滤波器465,如图4所示。后滤波器465是如图所示通过把滤波器的内插冲激响应乘上信号频谱而被实施的。内插到长度N是通过用零填充的滤波器和利用N长度的FFT而实施的。这个后滤波器465可被使用来滤除电话带宽或恒定音调的分量。替换地,后滤波器465的功能可被直接包括在增益函数内。

在一个示例性实施例中,一种噪声减小系统包括频谱相减处理器,用来滤波有噪声的输入信号以给出噪声减小的输出信号,其中频谱相减处理器的增益函数根据输入信号的频谱密度的估值和根据输入信号的噪声分量的频谱密度的平均估值而被计算,以及其中增益函数的连续样本块被平均。例如,频谱相减增益函数的连续块可以根据输入信号的频谱密度的估值与输入信号的噪声分量的频谱密度的平均估值之间的差异被平均。

发明详细描述为了了解本发明的各种特征和优点,首先考虑传统的频谱相减技术是有用的。一般地,频谱相减是根据这样的假设而建立的,即,在通信应用中的噪声信号和语音信号是随机的、不相关的,以及它们被相加在一起形成有噪声的语音信号。例如,如果s(n)、w(n)和x(n)是分别代表语音、噪声和有噪声的语音的随机的短时间平稳过程,则:x(n)=s(n)+w(n)     (1)Rx(f)=Rs(f)+Rw(F)  (2)其中R(f)表示随机过程的功率谱密度。