一种送话端数字语音降噪装置及方法
本发明属于一种送话端数字语音降噪装置及方法。本发明装置包括话音信号通道和噪声信号通道，其中，话音信号通道包括送话器、第一滤波电路、第一A/D电路、DSP电路、D/A电路，噪音信号通道包括参考噪音拾取麦克、第二滤波电路、第二A/D电路；DSP电路将不含噪音的话音数据信号经D/A电路转化为模拟话音信号输出。本发明方法包括步骤1、信号采集；步骤2、DSP电路实现噪音分离；步骤3、参数自适应调整，降低误差。本发明对高噪声环境中的话音和噪音进行处理，完成噪音和话音信号的自动分离，实现了高噪声环境中的话音通信联络，降噪处理后输出的语音可懂度、清晰度较高，无漏字和噪声托尾现象。
发明专利
CN202010210185.4
2020-03-24
CN111554313A
2020-08-18
G10L21/0208(2013.01)
中国人民解放军空军特色医学中心
李法林;安强力;张慕哲;郭治平;国佳;张帅;王若永;钟方虎;蒋科;卜伟平;周海亮;姜媛媛;赵彦鹏;刘何庆
100142 北京市海淀区阜成路28号
北京丰浩知识产权代理事务所(普通合伙)
董超
北京;11
1.一种送话端数字语音降噪装置，其特征在于： 包括话音信号通道， 及噪声信号通道， 其中，话音信号通道包括送话器、第一滤波电路、第一A/D电路、DSP电路、D/A电路，噪音信号通道包括参考噪音拾取麦克、第二滤波电路、第二A/D电路；纯净的话音信号与环境噪声信号通过送话器输入完成信号声电转换，再经第一滤波电路、第一A/D电路送入DSP电路，第一A/D电路将模拟信号进行数字采集和编码，转换为12位数字信号进入DSP电路；环境噪声信号通过参考噪音拾取麦克输入完成信号声电转换，再经第二滤波电路、第二A/D电路送入DSP电路，第二A/D电路将模拟信号进行数字采集和编码，转换为12位数字信号进入DSP电路；DSP电路将不含噪音的话音数据信号经D/A电路转化为模拟话音信号输出，该输出信号就是期望输出的不含噪音的话音模拟信号。 2.如权利要求1所述的一种送话端数字语音降噪装置，其特征在于：送入DSP电路中话音信号通道的信号含有话音和噪音信号，送入DSP电路中噪声信号通道的信号只有噪音信号，两个通道中的噪音信号具有相关性。 3.如权利要求2所述的一种送话端数字语音降噪装置，其特征在于：所述DSP电路作为降噪的主处理器，采用自适应滤波器使得噪声通道的信号滤波后与话音信号通道噪声分量相一致，再将话音信号通道信号减去滤波器后的噪声源通道信号，就只剩下不含噪音的话音数据信号。 4.如权利要求3所述的一种送话端数字语音降噪装置，其特征在于：所述自适应滤波器的结构采用对称横向结构的FIR，滤波器权系数采用最小均方误差准则来迭代估计。 5.如权利要求4所述的一种送话端数字语音降噪装置，其特征在于：所述最小均方误差准则来迭代估计的方法为：对噪声和信号的功率谱密度进行估计，改变滤波器的权系数，调整信号幅度，即对采样数据编码的16个值进行平方累加，求出其平均功率值，与前一样点功率值进行比较，比较后的差值与设定的噪声门限值进行相除，结果若大于1，则调整滤波器的权系数变小，信号输出幅度变大，若结果小于等于1，则滤波器的权系数变大，信号输出幅度变小。 6.如权利要求1-5任一所述的一种送话端数字语音降噪装置的降噪方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1、信号采集； 步骤2、DSP电路实现噪音分离； 步骤3、参数自适应调整，降低误差。 7.如权利要求6所述的一种送话端数字语音降噪方法，其特征在于：所述步骤1中，话音信号通道采集的信号包括纯净的话音信号s(n)与环境噪声信号d(n)；环境噪声信号通道采集的信号包括环境噪声信号r(n)。 8.如权利要求7所述的一种送话端数字语音降噪方法，其特征在于：所述步骤2包括如下步骤： 步骤2.1、对输入信号r(n)中的噪音自适应的进行分离，再将分离出的信号v(n)进行反向； 步骤2.2、v(n)反向后的信号与输入信号y(n)通过噪音抵消器比较得到信号e(n)，e(n)就是分离了噪音的话音信号。 9.如权利要求8所述的一种送话端数字语音降噪方法，其特征在于：所述步骤3包括如下步骤： 步骤3.1、信号e(n)和信号r(n)通过自适应算法对自适应滤波器参数进行调整，使自适应滤波器滤波效果更好，信号e(n)输出误差更小，重复以上过程，自适应滤波器逐渐了解了关于输入信号和噪声的统计规律，并以此为根据自动调整自己的参数； 步骤3.2、自适应滤波器工作于自动跟踪反馈状态，一旦输入信号的统计规律发生了变化，输出误差信号e(n)变大，此时，重复步骤3.1。 10.如权利要求9所述的一种送话端数字语音降噪方法，其特征在于：所述步骤3.1中，自适应算法包括如下步骤： 设输入数据信号序列χi(n)，期望输出信号为d(n)，定义误差信号为e(n)，三者关系如下： 其中,ωi为滤波器权系数； 经推导，得到滤波器权系数ωi最终表达为如下： ω(k+1)＝ω(k)+2μe(k)χ(k) (2) u为收敛因子，控制降噪收敛的速率； 寻找最优的权系数wi，使得误差信号e(n)最小； 所述推导过程包括如下步骤：设定滤波器W(k)初值；计算滤波器实际输出的估计值；计算估算误差；更新k+1时刻滤波器系数；k变为k+1，重复上述步骤2～4。