專利名稱：一種語音背景噪聲的消除方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于語音通信領域，尤其涉及一種語音背景噪聲的消除方法和裝置。
背景技術：
在語音通信領域，由于通話者所處的環境較為復雜，導致音頻設備采集的音頻信 號除了包括通話者的語音信號外，還包括周圍環境其他聲源發出的噪聲信號，如其他人的 說話聲、交通工具發出的聲音等，這些噪聲信號嚴重的干擾了語音通信的質量，因此在保持 高效去噪的同時，使用較少的器件去除語音信號中混雜的噪聲信號的技術已成為眾多公司 關注的焦點
發明內容
本發明的目的在于提供一種語音背景噪聲的消除方法，旨在解決混雜在語音信號 中的噪聲信號嚴重影響語音通信質量的問題。本發明是這樣實現的，一種語音背景噪聲的消除方法，所述方法包括下述步驟A、對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的平均功率的輸出 信號；B、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控 制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值；C、在所述消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語 音信號進行放大處理。本發明的另一目的在于提供一種語音背景噪聲的消除裝置，所述裝置包括有效值檢測單元，用于對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信 號的平均功率的輸出信號；消噪控制信號產生單元，用于將所述有效值檢測單元產生的用于反映音頻信號的 平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號 的平均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值；消噪放大單元，用于在所述消噪控制信號產生單元產生的消噪控制信號的控制 下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻 信號的平均功率的輸出信號，通過將該用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾 值進行比較，生成消噪控制信號，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的噪聲信號進行 消除處理，對語音信號進行放大處理，從而達到消除語音背景噪聲的目的。
圖1是本發明實施例提供的語音背景噪聲的消除方法的實現流程圖；圖2是本發明實施例提供的語音背景噪聲消除裝置的結構框圖3是本發明實施例提供的音頻采集單元的電路原理圖；圖4是本發明實施例提供的信號預放大電路的電路原理圖；圖5是發明實施例提供的正向語音信號判斷模塊和反向語音信號判斷模塊的電 路原理圖；圖6是本發明實施例提供的第一邏輯處理模塊的電路原理圖；圖7是本發明實施例提供的有效值檢測控制電路和有效值檢測電路的電路原理圖；圖8是本發明實施例提供的有效語音信號比較模塊和超大語音信號比較模塊的 電路原理圖；圖9是本發明實施例提供的控制信號補償模塊的電路原理圖；圖10是本發明實施例提供的第二邏輯處理模塊的電路原理圖；圖11是本發明實施例提供的衰減控制信號產生單元的電路原理圖；圖12是本發明實施例提供的音頻可控衰減單元的電路原理圖；圖13是本發明實施例提供的可控反相器的電路原理圖；圖14和圖15是本發明實施例提供的第一反相跟隨器和第二反相跟隨器的電路原 理圖；圖16分別為本發明實施例提供的反相加法器的電路原理圖；圖17是本發明實施例提供的低通濾波器的電路原理圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻 信號的平均功率的輸出信號，通過將該用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾 值進行比較，生成消噪控制信號，該第一閾值是語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功 率的臨界值，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信 號進行放大處理，從而實現語音背景噪聲的消除。圖1示出了本發明實施例提供的語音背景噪聲的消除方法的實現流程，詳述如 下在步驟SlOl中，對接收的音頻信號進行有效值(也稱為均方根值，Root Mean Square, RMS)檢測，得到用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號。在本發明實施例中，接收的音頻信號可以為采集的音頻信號，也可以為從其他設 備傳輸過來的音頻信號。由于說話者所處的環境一般較為復雜，存在除說話者以外的多種 發聲源，如周圍其他說話者的聲音、周圍交通工具的聲音等，因此，接收的音頻信號中不僅 包括說話者發出的語音信號，也包括說話者周圍環境其他聲源發出的噪聲信號。由于接收的音頻信號中包括語音信號和噪聲信號，而語音信號產生的電平幅度一 般與噪聲信號產生的電平幅度不同，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，根據音頻信 號的幅度變化，可以產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號，即用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號反映了音頻信號的幅度變化。通過根據語音信號的平均功率與噪聲 信號的平均功率之間的差別，設置語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值， 作為第一閾值，即可通過將該用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與該第一閾值進行 比較，判斷音頻信號為語音信號還是噪聲信號，從而產生消噪控制信號。
由于音頻信號一般是連續的，而對接收的音頻信號進行有效值檢測可能存在延 時，為了避免由于對接收的音頻信號進行有效值檢測存在的延時而降低語音消噪的精確 度，在本發明另一實施例中，對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的 平均功率的輸出信號的步驟具體包括A、判斷接收的音頻信號是否為語音信號，并根據判斷結果與前一次產生的消噪控 制信號產生有效值檢測的觸發信息，當該有效值檢測的觸發信號指示需要對音頻信號進行 有效值檢測時，執行步驟B，否則，執行步驟C。其具體過程如下Al、將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到 正向比較結果；其中第二閾值是正向語音信號的最小值，其具體的設置要依靠麥克風的靈敏度， 及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗 統計。在將接收的音頻信號與第二閾值進行比較時，當音頻信號大于第二閾值，則判定音頻 信號為語音信號，得到正向比較結果為邏輯真；當音頻信號小于第二閾值時，則判定音頻信 號為噪聲信號，得到正向比較結果為邏輯假。A2、將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信 號，得到反向比較結果；其中第三閾值是反向語音信號的最大值，其具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈 敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統 計。在將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較時，如果音頻信號小于第三閾值，則判 定音頻信號為語音信號，得到反向比較結果為邏輯真；如果音頻信號大于第三閾值時，則判 定音頻信號為噪聲信號，得到反向比較結果為邏輯假。A3、將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯處理，判斷音頻信號是否為語音信號。在本發明實施例中，通過將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷 接收的音頻信號是否為語音信號。當正向比較結果或者反向比較結果中的一個為邏輯真 時，則邏輯或處理后的結果為邏輯真，判定音頻信號為語音信號，輸出邏輯真；當正向比較 結果和反向比較結果均為假時，則邏輯或處理后的結果為邏輯假，判定音頻信號為噪聲信 號，輸出邏輯假。A4、將該邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值 檢測的觸發信號。在本發明實施例中，通過將該邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏 輯或處理，當該邏輯處理結果或者前一次產生的消噪控制信號中的任意一個為邏輯真時， 則判定需要對音頻信號進行有效值檢測，輸出的有效值檢測的觸發信號為邏輯真；當該邏 輯處理結果和前一次產生的消噪控制信號均為邏輯假時，則判定不需要對音頻信號進行有 效值檢測，輸出的有效值檢測的觸發信號為邏輯假。
為了在音頻信號的幅度較小時，提高對音頻信號的處理精度并減小誤差，在本發 明另一實施例中，在判斷接收的音頻信號是否為語音信號之前，該方法還包括下述步驟對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。B、對音頻信號進行有效值檢測，產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號。 由于對音頻信號進行有效值檢測的具體實現過程屬于現有技術，在此不再贅述。C、不對音頻信號進行有效值檢測，維持一固有初值的輸出信號。其中固有初值為 用于反映音頻信號中噪聲信號的平均功率。在本發明實施例中，通過對音頻信號中的語音信號進行有效值檢測，在噪聲段內， 保持一固有初值的輸出，從而在具體的電路設計中，一方面可以防止有效值檢測部分在檢 測語音信號平均功率開始時的延遲情況，即有有效值檢測的輸出信號較真實值偏小，另一 方面可以使其輸出在有噪聲的情況下保持恒定值，可以節省功耗。在步驟S102中，將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比 較， 產生消噪控制信號。在本發明實施例中，根據語音信號的平均功率和噪聲信號的平均功率之間的差 另|J，設置語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功率之間的臨界值，將該臨界值作為第一 閾值，通過將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，即可區分出 音頻信號中的語音信號和噪聲信號，從而產生用于控制消噪處理的消噪控制信號。為了達到更舒適的語音信號，在本發明另一實施例中，將用于反映音頻信號的平 均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號的步驟具體包括A、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語 音信號的控制信號；其中第四閾值主要用于檢測有效的語音信號，即設定噪聲門限。其設定具體要依 靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定。具體的設定工 作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到有效語音信號時，輸出邏輯 真，未檢測到有效語音信號時，輸出邏輯假。B、對提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理后的有效語音信號 的控制信號；C、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信 號的控制信號；其中第五閾值主要用于檢測有效的語音信號，即設定噪聲門限。其設定具體要依 靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定。具體的設定工 作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到超大語音信號時，輸出邏輯 真，未檢測到超大語音信號時，輸出邏輯假。D、將補償處理后的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行 異或處理，產生消噪控制信號。在本發明實施例中，在將補償處理后的有效語音信號的控制信號和提取的超大信 號的控制信號進行異或處理時，如果有效語音信號的控制信號和超大信號的控制信號的邏 輯值不相同時，輸出邏輯真，相同時，輸出邏輯假。如當有效語音信號的控制信號和提取的 超大信號的控制信號均為邏輯真時，則表示檢測到有效語音信號，同時檢測到超大語音信號，異或處理后，產生的消噪控制信號為邏輯假；當有效語音信號的控制信號和提取的超大 信號的控制信號均為邏輯假時，則表示未檢測到有效語音信號，同時未檢測到超大語音信 號，異或處理后，產生的消噪控制信號仍然為邏輯假；當有效語音信號的控制信號為邏輯 真，提取的超大信號的控制信號均為邏輯假時，則表示檢測到有效語音信號，同時未檢測到 超大語音信號，異或處理后，產生的消噪控制信號為邏輯真；當有效語音信號的控制信號為 邏輯假，提取的超大信號的控制信號均為邏輯真時，則表示未檢測到有效語音信號，同時未 檢測到超大語音信號，異或處理后，產生的消噪控制信號為邏輯真。在步驟S103中，在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。在本發明實施例中，當消噪控制信號為邏輯真時，對音頻信號進行放大處理，當消 噪控制信號為邏輯假時，對音頻信號進行消除處理，從而消除語音背景噪聲，同時放大語音 信號，實現語音背景噪聲的消除。其中在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號 進行消除處理，對語音信號進行放大處理的方式有多種，如在消噪控制信號的控制下，直接 將音頻信號放大預設倍，或者禁止輸出音頻信號；也可以在消噪控制信號的控制下，對音頻 信號進行同相或者反相處理，以消除噪聲信號，放大語音信號。當然還可以根據該消噪控制 信號，采用其他方式對音頻信號進行放大處理，對音頻信號進行消除處理，在此不再一一舉 例說明。由于接收的音頻信號中不可避免的會出現音頻過大的情況，如果不對過大的音頻 信號進行處理，則該音頻信號后續被增強時，將降低聽者的舒適度，為了提高聽者的舒適 度，在本發明另一實施例中，在步驟S103之前，該方法還包括下述步驟將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制 信號。該衰減控制信號用于控制對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮 小過大的音頻信號。其中第六閾值預先設置的可允許的音頻信號的最大功率。在本發明實施例中，當 用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號大于第六閾值時，輸出的衰減控制信號為邏輯 真，該衰減控制信號用于控制對接收的音頻信號進行一定比例的衰減，以適當的縮小過大 的音頻信號；當用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號小于或者等于第六閾值時，則輸 出的衰減控制信號為邏輯假，該衰減控制信號用于對音頻信號進行等幅的反相放大，即不 對音頻信號的幅度進行處理。在衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當 的縮小過大的音頻信號。在本發明實施例中，當音頻信號的音量在正常范圍時，衰減控制信號控制對音頻 信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大后的信號；當 音頻信號的音量超出正常范圍時，衰減控制信號控制對過大的音頻信號進行一定比例的衰 減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大后的信號。此時，在消噪控制信號的控制下，對反相放大后的音頻信號進行消除或者放大處 理，以消除反相放大后的音頻信號中的噪聲信號，放大反相放大后的音頻信號中的語音信 號。圖2示出了本發明實施例提供的語音背景噪聲消除裝置的結構，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分。其中有效值檢測單元2對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的 平均功率的輸出信號。其中有效值檢測單元2包括語音信號判斷電路22、有效值檢測控制 電路23和有效值檢測電路24。其中語音信號判斷電路22判斷接收的音頻信號是否為語音信號。在本發明實施例中， 為了提高判斷的準確性，該語音信號判斷電路22包括正向語音信號判斷模塊221、反向語 音信號判斷模塊222和第一邏輯處理模塊223。其中正向語音信號判斷模塊221將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音 頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；其中第二閾值是正向語音信號的最小值，其具體的設置要依靠麥克風的靈敏度， 及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗 統計。在將接收的音頻信號與第二閾值進行比較時，當音頻信號大于第二閾值，則判定音頻 信號為語音信號，得到正向比較結果為邏輯真；當音頻信號小于第二閾值時，則判定音頻信 號為噪聲信號，得到正向比較結果為邏輯假。反向語音信號判斷模塊222將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷 音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；其中第三閾值是反向語音信號的最大值，其具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈 敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統 計。在將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較時，如果音頻信號小于第三閾值，則判 定音頻信號為語音信號，得到反向比較結果為邏輯真；如果音頻信號大于第三閾值時，則判 定音頻信號為噪聲信號，得到反向比較結果為邏輯假。第一邏輯處理模塊223將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯處理，判斷接收 的音頻信號是否為語音信號。在本發明實施例中，通過將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷 接收的音頻信號是否為語音信號。當正向比較結果或者反向比較結果中的一個為邏輯真 時，則邏輯或處理后的結果為邏輯真，判定音頻信號為語音信號，輸出邏輯真；當正向比較 結果和反向比較結果均為假時，則邏輯或處理后的結果為邏輯假，判定音頻信號為噪聲信 號，輸出邏輯假。有效值檢測控制電路23將第一邏輯處理模塊223輸出的邏輯處理結果與消噪控 制信號產生單元3產生的前一次消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信 號，以控制是否對音頻信號進行有效值檢測。在本發明實施例中，通過將該邏輯處理結果與消噪控制信號產生單元3產生的前 一次消噪控制信號進行邏輯或處理，當該邏輯處理結果或者前一次消噪控制信號中的任意 一個為邏輯真時，則判定需要對音頻信號進行有效值檢測；當該邏輯處理結果和前一次消 噪控制信號均為邏輯假時，則判定不需要對音頻信號進行有效值檢測。有效值檢測電路24在有效值檢測控制電路23的控制下，對音頻信號進行有效值 檢測，產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號，或者不對音頻信號進行有效值檢測， 維持一固有初值的輸出信號。其中固有初值為用于反映音頻信號中噪聲信號的平均功率。
在本發明實施例中，通過對音頻信號中的語音信號進行有效值檢測，在噪聲段內，保持一固有初值的輸出，從而在具體的電路設計中，一方面可以防止有效值檢測部分在檢 測語音信號平均功率開始時的延遲情況，即有有效值檢測的輸出信號較真實值偏小，另一 方面可以使其輸出在有噪聲的情況下保持恒定值，可以節省功耗。為了在音頻信號的幅度較小時，提高對音頻信號的處理精度并減小誤差，在本發 明另一實施例中，該裝置還包括信號預放大電路21。該信號預放大電路21的輸入端與音頻 采集單元1連接，其輸出端分別與正向語音信號判斷模塊221、反相語音信號判斷模塊222 以及有效值檢測電路24連接，該信號預放大電路21對接收的音頻信號進行選擇性的預放 大處理。此時，正向語音信號判斷模塊221將信號預放大電路21輸出的音頻信號與第二 閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；反向語音信號判斷模塊 222將信號預放大電路21輸出的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否 為語音信號，得到反向比較結果；有效值檢測電路24在有效值檢測控制電路23的控制下， 對信號預放大電路21輸出的音頻信號進行有效值檢測，產生用于反映音頻信號的平均功 率的輸出信號。在本發明另一實施例中，在有效值檢測控制電路23的控制下，不對音頻信 號進行有效值檢測，維持一固有初值的輸出信號。由于說話者所處的環境一般較為復雜，存在除說話者以外的多種發聲源，如周圍 其他說話者的聲音、周圍交通工具的聲音等，因此，接收的音頻信號中不僅包括說話者發出 的語音信號，也包括說話者周圍環境其他聲源發出的噪聲信號。
在本發明實施例中，接收的音頻信號可以為采集的音頻信號，也可以為從其他設 備傳輸過來的音頻信號。當接收的音頻信號為采集的音頻信號時，該裝置還包括音頻采集 單元1。該音頻采集單元1采集音頻信號，其中音頻信號包括語音信號和噪聲信號。該音頻 采集單元1的具體電路結構請參閱圖3。在此不再詳述。消噪控制信號產生單元3將有效值檢測單元3產生的用于反映音頻信號的平均功 率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號。該消噪控制信號用于控制消噪放 大單元對音頻信號進行消噪處理。其中第一閾值是指預設的語音信號的平均功率與噪聲信 號的平均功率之間的臨界值。通過將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值 進行比較，即可區分出音頻信號中的語音信號和噪聲信號，從而產生用于控制消噪放大單 元對音頻信號進行消噪處理的消噪控制信號。該消噪控制信號產生單元3包括有效語音信 號比較模塊31、超大語音信號比較模塊32、控制信號補償模塊33以及第二邏輯處理模塊 34。其中有效語音信號比較模塊31將有效值檢測單元2產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；其中第四閾值主要用于檢測有效的語音信號，即設定噪聲門限。其設定具體要依 靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定。具體的設定工 作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到有效語音信號時，輸出邏輯 真，未檢測到有效語音信號時，輸出邏輯假。控制信號補償模塊33對有效語音信號比較模塊31提取的有效語音信號的控制信 號進行補償，得到補償處理后的有效語音信號的控制信號；超大語音信號比較模塊32將有效值檢測單元2產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；
其中第五閾值主要用于檢測有效的語音信號，即設定噪聲門限。其設定具體要依 靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓噪聲的采集情況而定。具體的設定工 作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到超大語音信號時，輸出邏輯 真，未檢測到超大語音信號時，輸出邏輯假。第二邏輯處理模塊34將補償處理后的有效語音信號的控制信號和提取的超大信 號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信號。
消噪放大單元4在消噪控制信號產生單元3產生的消噪控制信號的控制下，對音 頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。消噪放大單元4在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處 理，對語音信號進行放大處理的方式有多種，如在消噪控制信號的控制下，直接將音頻信號 放大預設倍，或者禁止輸出音頻信號；也可以在消噪控制信號的控制下，對音頻信號進行同 相或者反相處理，以消除噪聲信號，放大語音信號。當然還可以根據該消噪控制信號，采用 其他方式對音頻信號進行放大處理，對音頻信號進行消除處理，在此僅給出一種消噪放大 單元4的具體結構，其包括可控反相器41、第一反相跟隨器42、第二反相跟隨器43、反相加 法器44和低通濾波器45。由于接收的音頻信號中不可避免的會出現音頻過大的情況，如果不對過大的音頻 信號進行處理，則該音頻信號后續被增強時，將降低聽者的舒適度，為了提高聽者的舒適 度，在本發明另一實施例中，該裝置還包括衰減控制信號產生單元5和音頻可控衰減單元 6。其中衰減控制信號產生單元5將有效值檢測單元2產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號。該衰減控制信號用于控制音頻 可控衰減單元6對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。其中第六閾值預先設置的可允許的音頻信號的最大功率。在本發明實施例中，當 用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號大于第六閾值時，輸出的衰減控制信號為邏輯 真；當用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號小于或者等于第六閾值時，則輸出的衰減 控制信號為邏輯假。音頻可控衰減單元6在衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例 的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。在本發明實施例中，當音頻信號的音量在正常范圍時，衰減控制信號控制對音頻 信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大后的信號；當 音頻信號的音量超出正常范圍時，衰減控制信號控制對過大的音頻信號進行一定比例的衰 減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大后的信號。此時，消噪放大單元2在消噪控制信號的控制下，對音頻可控衰減單元6輸出的音 頻信號進行消除或者放大處理，以消除反相放大后的音頻信號中的噪聲信號，放大反相放 大后的音頻信號中的語音信號。圖3示出了本發明實施例提供的音頻采集單元1的電路原理，該音頻采集單元1 包括由分壓電路、隔直電路和反相跟隨器，其中分壓電路由麥克風Ia和電阻Rl組成，隔直 電路由電容Cl構成，反相跟隨器由運放U1、電阻R2和電阻R3組成。其中麥克風為全指向麥克風，如手機等通訊設備等的常規麥克風，用于感應外界音頻信號，并將聲音信號轉化為 電信號。通過由第一電容Cl構成的隔直電路對麥克風得到的電信號進行隔直處理，將電信 號轉變為交流電信號，再經反相跟隨器輸出信號①。圖4示出了本發明實施例提供的信號預放大電路21的電路原理。該信號預放大 電路21包括運放U7，與運放U7的其中一輸入端連接的電阻R16和跨接在運放的輸入端和 輸出端的電阻R17。信號預放大電路21根據系統實際需要的處理精度，通過調整電阻R16 和電阻R17的比例來實現對信號采集單元1的輸出信號①進行選擇性的預放大處理，得到 預放大處理后的信號⑦。圖5示出了本發明實施例提供的正向語音信號判斷模塊221和反向語音信號判斷 模塊222的電路原理。該正向語音信號判斷模塊221和反向語音信號判斷模塊222均包括比較器U8和 施密特反相器(U9、U10)，比較器U8將信號預放大電路21處理后的音頻信號⑦與預設的第 一閾值進行比較，再通過施密特反相器(U9、U10)對噪聲進行整形處理后，得到比較結果信 號⑧；將信號預放大電路21處理后的音頻信號⑦與預設的第二閾值進行比較，再通過施密 特反相器(U9、U10)對噪聲進行整形處理后，得到比較結果信號⑨。圖6示出了本發明實施例提供的第一邏輯處理模塊223的電路原理。該第一邏輯處理模塊223由邏輯或門Ull構成，邏輯或門Ull的兩個輸入信號分 別為正向語音信號判斷模塊221的輸出信號⑧和反向語音信號判斷模塊222的輸出信號 ⑨，當正向語音信號判斷模塊221的輸出信號⑧和反向語音信號判斷模塊222的輸出信號 ⑨中的任意一個為真時，即當正向語音信號判斷模塊221和反向語音信號判斷模塊222中 任意一個判定音頻信號為語音信號時，經該邏輯或門Ull處理后，其輸出信號⑩為真，即經 邏輯或門Ull處理后，判定音頻信號為語音信號，否則，判定音頻信號為噪聲信號。圖7示出了本發明實施例提供的有效值檢測控制電路23和有效值檢測電路24的 電路原理。有效值檢測控制電路23包括邏輯或門U13以及二選一選擇開關S3。其中邏輯或 門U13的兩個輸入端分別與第一邏輯處理模塊223的輸出端連接，其另一輸入端與消噪控 制信號產生單元3包括的第二邏輯處理模塊34的輸出端連接，邏輯或門U13的輸出信號作 為二選一選擇開關S3的控制信號，通過二選一選擇開關S3控制有效值檢測電路24對音頻 信號進行有效值檢測，產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號，或者不對音頻信號 進行有效值檢測，而直接維持一固有初值Vl的輸出。該電路工作原理如下邏輯或門U13將第一邏輯處理模塊223的輸出信號⑩與第二邏輯處理模塊34的 輸出信號⑩進行或處理，得到作為二選一選擇開關S3的控制信號控制信號控制二選 一選擇開關在信號預放大電路21的輸出信號⑦和預設的固有初值Vl之間進行切換，得到 輸出信號⑩,通過該輸出信號(g)控制有效值檢測電路24對信號預放大電路21的輸出信號 ⑦進行有效值檢測，并產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號DD，或者不對音頻信 號進行有效值檢測，而直接維持一固有初值Vl的輸出。圖8示出了 本發明實施例提供的有效語音信號比較模塊31和超大語音信號比較 模塊32的電路原理。該有效語音信號比較模塊31包括比較器U15和施密特反相器(U17、U18)，比較器U15將有效值檢測電路24的輸出信號DD與預設的第四閾值進行比較，以針對有效語音信號 進行控制信號的提取，輸出有效語音的控制信號 。其中第四閾值主要用于檢測有效的語 音信號，即設定噪聲門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同 聲壓噪聲的采集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在進行比較時，信 號DD大于第四閾值時，有效語音信號比較模塊31的輸出為邏輯真，代表語音信號。小于第 四閾值時，有效語音信號比較模塊31的輸出邏輯假，代表噪聲信號。該超大語音信號比較模塊32包括比較器U16和施密特反相器(U19、U20)，比較器 U16將有效值檢測電路24的輸出信號DD與預設的第五閾值進行比較，以針對超大信號進行 控制信號的提取，輸出超大信號的控制信號@。在通訊的過程中，難免通訊環境中會出現風 聲，突發的超大噪聲會給接收方(聽者)以刺耳的聲音，在這種情況下，通過該超大語音信 號比較模塊32針對超大信號進行控制信號的提取，從而使消噪放大單元4對超大信號進行 消除處理，提高收聽者的聽覺舒適度。圖9示出了本發明實施例提供的控制信號補償模塊33的電路原理。控制信號補償模塊33包括多諧振蕩器U21和或門U22。多諧振蕩器U21檢測有效 語音信號比較模塊31的輸出脈沖的下降沿，一旦檢測到下降沿，多諧振蕩器就輸出一特有 寬度的脈沖信號，經過或門U22后可以將有效語音信號比較模塊31的輸出脈沖補償加寬這 一特有脈沖寬度，得到補償處理后的有效語音的控制信號⑩。這樣在語音結束端，能夠減少 語音的損失，高質量的還原語音。圖10示出了本發明實施例提供的第二邏輯處理模塊34 的電路原理。該第二邏輯處理模塊34由邏輯異或門U23構成。控制信號補償模塊33的輸出信 號⑩和超大語音信號比較模塊32的輸出信號 分別送到第二邏輯處理模塊34的輸入端， 兩路信號經過異或邏輯形成消噪控制信號 ，該消噪控制信號 用于控制消噪放大單元4 對音頻可控衰減單元6處理后的音頻信號進行消噪處理。圖11示出了本發明實施例提供的衰減控制信號產生單元5的電路原理。該衰減控制信號產生單元5由比較器U12構成，該比較器U12的其中一個輸入信 號為有效值檢測電路24輸出的用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號DD，另一個輸入 信號為預設的第六閾值，比較器U12將輸出信號DD和預設的第六閾值進行比較，產生衰減 控制信號⑩。該衰減控制信號⑩用于控制音頻可控衰減單元6對音頻采集單元1輸出的音 頻信號進行不同比例的反相放大。在本發明實施例中，當用于反映音頻信號的平均功率的 輸出信號大于預設的第六閾值時，產生的衰減控制信號⑩，控制音頻可控衰減單元6對音 頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行衰減處理；當用于反映音頻信號 的平均功率的輸出信號小于或者等于預設的第六閾值時，產生的衰減控制信號⑩.控制音頻 可控衰減單元6對過大的音頻信號進行一定比例的衰減，以適當的縮小過大的音頻信號。圖12示出了本發明實施例提供的音頻可控衰減單元6的電路原理。該音頻可控衰減單元6包括運放U2、控制開關S1、電阻R3、R4、R5。其中電阻R3 和電阻R4串連后與運放U2的輸入端連接，控制開關S1并聯在電阻R3的兩端，電阻R5跨 接在運放U2的輸入端和輸出端。控制開關S 1的控制信號來自衰減控制信號產生單元5 產生的衰減控制信號⑩,衰減控制信號⑩.控制該控制開關的導通與斷開，從而實現對音頻采集單元1輸出的音頻信號①進行不同比例的反相放大，得到反相放大后的信號②。在本 發明實施例中，當音頻信號的音量在正常范圍時，衰減控制信號控制音頻可控衰減單元 6對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大后的信 號②；當音頻信號的音量超出正常范圍時，衰減控制信號⑩.控制音頻可控衰減單元6對過 大的音頻信號進行一定比例的衰減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大后的 信號②。圖13示出了本發明實施例提供的可控反相器41的電路原理。該可控反相器41的兩個輸入端分別與音頻可控衰減單元6以及第二邏輯處理模 塊34的輸出端連接。該可控反相器41包括運放U3、電阻R6、R7和二選一選擇開關S2，其 中電阻R6與運放U3的其中一輸入端連接，電阻R7跨接于運放U3的輸入端和輸出端，二選 一選擇開關S2在消噪控制信號 的控制下，對反相放大后的信號②進行同相或者反相處 理，得到信號③。當進行同相處理時，增強反相放大后的信號②，得到信號③；當進行反相處 理時，消除噪聲，得到信號③。圖14和圖15示出了本發明實施例提供的第一反相跟隨器42和第二反相跟隨器 43的電路原理。其中第一反相跟隨器42的輸入端與音頻可控衰減單元6的輸出端連接，其輸出端 與反相加法器41的輸入端連接。該第一反相跟隨器42包括運放U4，與運放U4的其中一個 輸入端連接的電阻R8，以及跨接在運放U4的輸入端和輸出端的電阻R9。其輸入信號為音 頻可控衰減單元6的輸出信號②，輸出信號④；第二反相跟隨器43的輸入端與可控反相器 41連接，其輸出端與反相加法器的輸入端連接。該第二反相跟隨器43包括運放U5，與運放 U5的其中一個輸入端連接的電阻R10，以及跨接在運放TO的輸入端和輸出端的電阻R11。 其輸入信號為反相加法器41的輸出信號③，輸出信號⑤。圖16示出了本發明實施例提供的反相加法器44的電路原理。該反相加法器44的兩個輸入端分別與第一反相跟隨器42和第二反相跟隨器43 的輸出端連接，其包括運放U6,與運放U6的其中一輸入端連接的電阻R12，與運放U6的另 一輸入端連接的電阻R13，跨接在運放TO的電阻R13所在的輸入端和運放TO的輸出端的電 阻R14。該反相加法器44的兩個輸入信號分別為第一反相跟隨器42的輸入信號④、第二反 相跟隨器43的輸出信號⑤，輸出信號⑥。圖17示出了本發明實施例提供的低通濾波器45的電路原理。該低通濾波器的輸入端與反相加法器44的輸出端連接。其包括第電阻R15和電 容C2。該低通濾波器44濾出裝置中額外產生的語音帶外的噪聲，保留語音帶內的頻率成 分。在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻 信號的平均功率的輸出信號，通過將該用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾 值進行比較，生成消噪控制信號，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的噪聲信號進行 消除處理，對語音信號進行放大處理，從而實現語音背景噪聲的消除。同時通過將用于反映 音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號，在衰減控制信 號的控制下對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號， 提高接收方的聽覺舒適度。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
一種語音背景噪聲的消除方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟A、對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號；B、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值；C、在所述消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體包括A1、判斷接收的音頻信號是否為語音信號，并根據判斷結果與前一次產生的消噪控制 信號產生有效值檢測的觸發信號；A2、根據所述有效值檢測的觸發信號，對音頻信號進行有效值檢測，產生用于反映音頻 信號的平均功率的輸出信號。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步驟A1之前，所述方法還包括下述步驟對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A1具體包括將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比 較結果；將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到 反向比較結果；將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷音頻信號是否為語音信號； 將邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發 信號。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體包括B1、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音 信號的控制信號；B2、對提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理后的有效語音信號的 控制信號；B3、將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號 的控制信號；B4、將補償處理后的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行異或 處理，產生消噪控制信號。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步驟A之后，所述方法還包括 將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號；在所述衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當 的縮小過大的音頻信號。
7.一種語音背景噪聲消除裝置，其特征在于，所述裝置包括有效值檢測單元，用于對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號；消噪控制信號產生單元，用于將所述有效值檢測單元產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平 均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值；消噪放大單元，用于在所述消噪控制信號產生單元產生的消噪控制信號的控制下，對 音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述有效值檢測單元包括 語音信號判斷電路，用于判斷接收的音頻信號是否為語音信號；有效值檢測控制電路，用于根據所述語音信號判斷電路的判斷結果與前一次產生的消 噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信號；有效值檢測電路，用于根據所述有效值檢測控制電路產生的有效值檢測的觸發信號， 對音頻信號進行有效值檢測，產生用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號。
9.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述有效值檢測單元包括信號預放大電路，其輸出端分別與所述語音信號判斷電路以及有效值檢測電路連接， 用于對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。
10.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述語音信號判斷電路包括正向語音信號判斷模塊，用于將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號 是否為語音信號，得到正向比較結果；反向語音信號判斷模塊，用于將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音 頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；第一邏輯處理模塊，用于將所述正向語音信號判斷模塊得到的正向比較結果和反向語 音信號判斷模塊得到的反向比較結果進行邏輯或處理，判斷音頻信號是否為語音信號。
11.如權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述正向語音信號判斷模塊和反向語音 信號判斷模塊均由比較器和施密特反相器組成。
12.如權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述有效值檢測控制電路包括邏輯或門以 及與所述邏輯或門的輸出端連接的二選一選擇開關。
13.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述消噪控制信號產生單元包括有效語音信號比較模塊，用于將所述有效值檢測單元產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；控制信號補償模塊，用于對所述有效語音信號比較模塊提取的有效語音信號的控制信 號進行補償，得到補償處理后的有效語音信號的控制信號；超大語音信號比較模塊，用于將所述有效值檢測單元產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；第二邏輯處理模塊，用于將所述控制信號補償模塊補償處理后的有效語音信號的控制 信號和超大語音信號比較模塊提取的超大信號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信 號。
14.如權利要求13所述的裝置，其特征在于，所述控制信號補償模塊包括多諧振蕩器，用于檢測所述有效語音信號比較模塊的輸出脈沖的下降沿，一旦檢測到 下降沿，就輸出一特有寬度的脈沖信號；或門，用于將所述有效語音信號比較模塊的輸出脈沖補償加寬所述多諧振蕩器輸出的 特有寬度的脈沖信號。
15.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括衰減控制信號產生單元，用于將所述有效值檢測單元產生的用于反映音頻信號的平均 功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號；音頻可控衰減單元，用于在所述衰減控制信號產生單元產生的衰減控制信號的控制 下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。
16.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述消噪放大單元包括第一反相跟隨器和 可控反相器，與所述可控反相器的輸出端連接的第二反相跟隨器，分別與所述第一反相跟 隨器和第二反相跟隨器的輸出端連接的反相加法器，以及與所述反相加法器的輸出端連接 的低通濾波器。
全文摘要
本發明適用于語音通信領域，提供了一種語音背景噪聲的消除方法和裝置，所述方法包括下述步驟對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號；將用于反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與噪聲信號的平均功率的臨界值；在所述消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的噪聲信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。本發明實施例通過將音頻信號的幅度變化轉化為用于反映音頻信號的平均功率變化的輸出信號，在該輸出信號的控制下實現消除語音背景噪聲的目的。
文檔編號G10L21/0216GK101859568SQ20091010663
公開日2010年10月13日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者馮衛, 張禮振, 徐坤平, 李海, 楊云 申請人:比亞迪股份有限公司