專利名稱：一種多麥克風陣列噪聲消除方法、裝置及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及語音增強技術領域，具體涉及一種利用多麥克風陣列技術進行噪聲消除的方法、裝置及系統。
背景技術：
目前最常用的多麥克風陣列技術是fixed beamforming (固定的波束成形)技術， 即將多個麥克風的信號進行加權求和，利用聲音的方向特性，保留特定方向的聲音信號，抑制其它方向的噪聲信號。但是這種技術只對窄帶的噪聲有明顯的降噪效果，而且不同的麥克風間距有效降噪的頻帶不同，小間距對高頻的窄帶降噪效果優于低頻，大間距對低頻的窄帶降噪效果優于高頻。而在目前網絡通信中由于通信帶寬較寬，因此只對窄帶噪聲有效的技術已不能滿足要求。為了解決寬帶噪聲的抑制問題，又提出constant beamwidth beamforming(波束寬度恒定的波束成形)技術，利用數量很多的麥克風組成有各種麥克風間距的麥克風陣列，每種麥克風間距對某個窄帶成分有良好的降噪效果，把這些在各個窄帶成分的降噪效果綜合起來得到較好的寬帶降噪效果。但是這種技術要求麥克風的數目很多，而且為了在低頻帶能達到好的降噪效果需要麥克風的間距很大，導致整個麥克風陣列的尺度很大，因此很不符合目前網絡和TV攝像頭小巧的要求。
發明內容
針對現有技術中存在的多麥克風陣列不能很好的抑制寬帶噪聲，無法適用于越來越普遍的寬帶通信的問題，本發明的實施例提供了一種多麥克風陣列噪聲消除方法、裝置及系統，可以在寬帶通信中有效地抑制全頻帶的噪聲。為達到上述目的，本發明的實施例采用如下技術方案一方面，公開了一種多麥克風陣列噪聲消除方法，包括根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。并且優選地，本發明實施例的方法還可以包括根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入所述控制參數。另一方面，公開了一種多麥克風陣列噪聲消除裝置，包括
子帶分解單元，用于根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；自適應濾波器，用于對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；子帶合成單元，用于對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。并且優選地，本發明實施例的裝置還可以包括降噪控制單元，用于根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的所述自適應濾波器輸入所述控制參數。再一方面，還公開了一種多麥克風陣列噪聲消除系統，包括多麥克風陣列，所述多麥克風陣列由三個或三個以上的等間距或不等間距的麥克風組成；和，上述的多麥克風陣列噪聲消除裝置，用于對所述多麥克風陣列采集到的信號進行降噪處理。由此可知，本發明的實施例的上述技術方案利用了多麥克風陣列組成的不同的麥克風間距，把全頻帶分解成與不同間距數量相同數量的子帶，通過將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，然后對不同間距的每對麥克風的信號在相應的子帶內進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號，最后對各個子帶降噪后的信號進行合成得到全頻帶降噪后的信號，從而在寬帶通信中有效地抑制了全頻帶的噪聲，解決了現有技術中多麥克風陣列不能很好的進行寬帶噪聲抑制，無法適用于越來越普遍的寬帶通信的問題，達到了可以利用較少的麥克風和較小尺度的麥克風陣列即可對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的目的。并且進一步地，通過根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入該控制參數用于控制其更新速度，能夠對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的同時并很好的保證語音質量，提高全頻帶的信噪比。
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例提供的一種多麥克風陣列噪聲消除方法的流程圖；圖2為本發明實施例提供的一種等間距四麥克風陣列的結構示意圖；圖3為本發明實施例提供的一種等間距四麥克風陣列的應用場景示意圖；圖4為本發明實施例提供的一種非等間距三麥克風陣列的結構示意圖；圖5為本發明實施例提供的一個非等間距四麥克風陣列的結構示意圖；圖6為本發明實施例提供的一種等間距四麥克風陣列噪聲消除原理示例圖7為本發明實施例提供的一種根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數的方法的流程圖；圖8為本發明實施例提供的一種等間距四麥克風陣列獲取自適應濾波器控制參數一種實施方式的原理示意圖；圖9為本發明實施例提供的一種等間距四麥克風陣列獲取自適應濾波器控制參數另一種實施方式的原理示意圖；圖10為本發明實施例提供的一種多麥克風陣列噪聲消除裝置的功能單元示意圖；圖11為本發明實施例提供的降噪控制單元的一種結構示意圖；圖12為本發明實施例提供的一種多麥克風陣列噪聲消除系統組成示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖1所示，本發明實施例提供的一種多麥克風陣列噪聲消除方法，包括S11，根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶。以如圖2所示的等間距四麥克風陣列為例，其應用場景見圖3，四個麥克風組成一個等間距麥克風陣列，用于抑制來自側向的噪聲信號，保留來自正前方的用戶語音。四個麥克風MICl，MIC2, MIC3和MIC4之間有三種不同的間距MIC1和MIC4的間距D14 ；MICl和 MIC3的間距D13 ；MICl和MIC2的間距D12。利用這三種不同的麥克風間距可以將全頻帶劃分成對應從低到高的三個子帶低頻、中頻和高頻。以圖4所示的非等間距三麥克風陣列為例，三個麥克風MIC1，MIC2和MIC3之間也有三種不同的間距:MIC1和MIC3的間距D13 ；MICl和MIC2的間距D12 ；MIC2和MIC3的間距D23。利用這三種不同的麥克風間距可以將全頻帶劃分成對應從低到高的三個子帶低頻、中頻和高頻。再以圖5所示的非等間距四麥克風陣列為例，四個麥克風MICl，MIC2，MIC3和MIC4 之間最多有六種不同的間距:MIC1和MIC4的間距D14 ；MICl和MIC3的間距D13 ；MICl和 MIC2的間距D12 ；MIC2和MIC4的間距D24 ；MIC3和MIC4的間距D34 ；MIC2和MIC3的間距 D23。利用這六種不同的麥克風間距可以將全頻帶劃分成對應從低到高的六個子帶低頻、 中頻1、中頻2、中頻3、中頻4和高頻。S12，將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低。僅以圖2所示的等間距四麥克風陣列為例，參見圖6所示的噪聲消除原理四個麥克風MIC1，MIC2，MIC3和MIC4采集到的信號分別是S1, s2, s3，s4。其中間距最小的MICl 和MIC2的信號S1和&經過子帶分解單元被分解到高頻的子帶內，得到其中的高頻成分信號sn，S21 ；間距居中的MICl和MIC3的信號S1和&經過子帶分解單元被分解到中頻的子帶內，得到其中的中頻成分信號S12，S32 ；間距最大的MICl和MIC4的信號S1和S4經過子帶分解單元被分解到低頻的子帶內，得到其中的低頻成分信號Sl3，S430其中，為將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，一種簡單的子帶分解方法是分別選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器分別對信號進行濾波得到低頻、中頻和高頻信號；另一種更復雜和精確的子帶分解方法是利用分析濾波器組把信號分解到低、中、高三個頻帶。S13，對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號。仍以圖2所示的等間距四麥克風陣列為例，參見圖6所示的噪聲消除原理間距最小的MICl和MIC2的信號S1和&在高頻子帶的分解信號sn，S21，這兩個信號經過一個自適應濾波器H1濾除S11信號中來自側向的高頻噪聲信子同時保留了來自正前方的高頻用戶語音，得到高頻子帶的輸出信號yl ；間距居中的MICl和MIC3的信號S1和&在中頻子帶的分解信號S12，S32，這兩個信號經過一個自適應濾波器H2濾除S12信號中來自側向的中頻噪聲信號，同時保留了來自正前方的中頻用戶語音，得到中頻子帶的輸出信號y2 ；間距最大的 MICl和MIC4的信號S1和、在低頻子帶的分解信號S13，S43，這兩個信號經過一個自適應濾波器H3濾除S13信號中來自側向的低頻噪聲信號，同時保留了來自正前方的低頻用戶語音， 得到低頻子帶的輸出信號y3。具體地，以自適應濾波器Hl為例，s21信號作為參考信號輸入到自適應濾波器Hl 進行濾波，輸出信號與期望信號Sll相減得到信號yl，同時yl反饋回自適應濾波器更新濾波器權值，以使得濾波器的輸出信號逼近sll，使得yl的能量最小。當麥克風陣列接收到噪聲信號時，自適應濾波器不停地自適應更新使得yl能量最小也就是噪聲能量最小，從而達到在高頻的降噪效果。同樣的原理，自適應濾波器H2，H3分別在中頻和低頻進行降噪。S14，對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。根據采用的子帶分解的方法選擇子帶合成方法對于選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器分別對信號進行濾波得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法，則采用把各個子帶降噪后的信號直接相加的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號；對于利用分析濾波器組得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法，則采用相對應的綜合濾波器組對各個子帶降噪后的信號進行合成的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號。在圖6所示的等間距四麥克風陣列噪聲消除原理示例圖中，例如子帶合成單元可以把三個頻帶得到的降噪后信號相加得到全頻帶信號y = yl+y2+y30由此可知，本發明實施例的多麥克風陣列噪聲消除方法，利用了多麥克風陣列組成的不同的麥克風間距，把全頻帶分解成與不同間距數量相同數量的子帶，通過將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，然后對不同間距的每對麥克風的信號在相應的子帶內進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號，最后對各個子帶降噪后的信號進行合成得到全頻帶降噪后的信號，從而在寬帶通信中有效抑制了全頻帶的噪聲，解決了現有技術中多麥克風陣列不能很好的進行寬帶噪聲抑制，無法適用于越來越普遍的寬帶通信的問題，達到了可以利用較少的麥克風和較小尺度的麥克風陣列即可對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的目的。
優選地，本發明實施例的多麥克風陣列噪聲消除方法，還包括根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入所述控制參數。在上述步驟S13對不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪過程中，對麥克風陣列接收到用戶語音，若自適應濾波器仍然自由更新就會也把語音當作噪聲消除。因此需要對自適應濾波器的更新進行控制，在只存在噪聲時讓自適應濾波器自由更新有效抑制噪聲，當存在語音時停止自適應濾波器的更新，保證語音不會被抑制。其中自適應濾波器可以選用時域濾波器、頻域濾波器和子帶濾波器。對于頻率自適應濾波或子帶自適應濾波，需要把全頻帶的信號分別變換到頻域或子帶后進行自適應濾波， 然后再變換回時域信號。如圖7所示，本發明實施例給出了一種根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數的方法，包括S71，對多麥克風陣列的每個麥克風的信號做離散傅立葉變換轉換到頻域；S72，在頻域上計算不同間距的每對麥克風的信號的相對延時；S73，根據所述每對麥克風的相對延時和不同間距計算每對麥克風的信號入射角；S74，統計所述每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數。以等間距四麥克風陣列為例，首先把4個MIC信號Sl，s2, S3,、進行離散傅里葉變換(Discrete Fourier Transform, DFT)變換到頻域；接著計算出 MICl 和 MIC2，MIC1 和 MIC3，MIC1和MIC4三對麥克風信號的相位差，并由相位差計算出每對麥克風信號的相對延時；然后根據每對麥克風信號的相對延時和麥克風的間距可以計算出每對麥克風的信號入射角，三對麥克風求出三個信號入射角；最后統計這三個信號入射角在保護角內的成分多少，從而獲取自適應濾波器的控制參數。由信號入射角可以控制自適應濾波器的更新，信號入射角在保護角內則認為是正向用戶語音，自適應濾波器應停止更新，在保護角外則認為是側向噪聲，自適應濾波器可自由更新。在不同子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器的控制參數可以相同也可以不同。例如，參見圖8，可以對全頻帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少進行統計，根據統計結果換算出全頻帶統一的自適應濾波器的控制參數α (O^ α ^l), 在保護角內的目標信號成分越多，α越小，自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的目標信號成分時α = 0，自適應濾波器不更新，保護目標語音信號；反之保護角外的噪聲成分越多 α越大，自適應濾波器更新越快，全是保護角外的噪聲成分時α = 1，自適應濾波器最快更新，抑制噪聲信號。例如，參見圖9，也可分別統計各個子帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出各個子帶各自的自適應濾波器的控制參數 α^Ο^、< l，i表示子帶)，在保護角外的目標信號成分越多入射角度越大、越大，該子帶上的更新速度越快。第i個子帶的信號成分全是保護角內的目標語音時Cii = O,該子帶的自適應濾波器系數不更新，保護該子帶的目標語音成分；第i個子帶的信號成分全在保護角外時、=1，該子帶上的自適應濾波器系數最快更新，抑制該子帶的噪聲成分。
本發明的優選實施例通過根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入該控制參數用于控制其更新速度，能夠對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的同時并很好的保證語音質量，提高全頻帶的信噪比。如圖10所示，本發明實施例提供的一種多麥克風陣列噪聲消除裝置，包括子帶分解單元101，用于根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；自適應濾波器102，用于對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；子帶合成單元103，用于對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。具體地，所述子帶分解單元101可以選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器對不同間距的每對麥克風的信號分別進行濾波得到相應的子帶內的信號；或者，利用分析濾波器組將構成不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內。相應地，所述子帶合成單元103在所述子帶分解單元101選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器分別對信號進行濾波得到相應的子帶內的分解信號時，則采用把各個子帶降噪后的信號直接相加的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號；所述子帶合成單元103在所述子帶分解單元101利用分析濾波器組得到相應的子帶內的分解信號時，則采用相對應的綜合濾波器組對各個子帶降噪后的信號進行合成的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號。并且優選地，仍參見圖10，本發明實施例的多麥克風陣列噪聲消除裝置還包括降噪控制單元104，用于根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的所述自適應濾波器102輸入所述控制參數。進一步地，參見圖11本發明實施例提供的降噪控制單元的一種結構示意圖，所述降噪控制單元104可以包括DFT模塊1041，用于對所述多麥克風陣列的每個麥克風的信號做離散傅立葉變換轉換到頻域；時延計算模塊1042，用于在頻域上計算不同間距的每對麥克風信號的相對延時；方向計算模塊1043，用于根據所述相對延時和不同間距計算每對麥克風的信號入射角；以及，控制參數獲取模塊1044，用于統計所述每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數。—種實施例方式，所述控制參數獲取模塊1044可以為全頻帶控制參數獲取模塊， 用于統計全頻帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出全頻帶統一的自適應濾波器的控制參數0，其中0< α ^ 1，并且在保護角內的成分越多α越小，自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時α = 0，自適應濾波器不更新； 反之保護角外的成分越多α越大，自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時α = 1，自適應濾波器最快更新。另一種實施例方式，所述控制參數獲取模塊1044可以為子帶控制參數獲取模塊， 用于分別統計各個子帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出各個子帶各自的自適應濾波器的控制參數α”其中、< 1，i表示子帶，并且在保護角內的成分越多α i越小，該子帶的自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時Cii = O,該子帶的自適應濾波器不更新，反之保護角外的成分越多、越大，該子帶的自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時Cii = 1，該子帶的自適應濾波器最快更新。本發明的上述裝置實施例中的各功能單元或模塊的具體工作方法可參見本發明的方法實施例。可以理解，本發明實施例提供的多麥克風陣列噪聲消除裝置可以由硬件邏輯或軟件實現，裝置中的各個功能單元或模塊可以集成于一體，也可以分離部署；多個功能單元或模塊可以合并為一個單元，也可以進一步拆分成多個子單元。由此可知，本發明實施例提供的多麥克風陣列噪聲消除裝置，利用了多麥克風陣列組成的不同的麥克風間距，把全頻帶分解成與不同間距數量相同數量的子帶，通過子帶分解單元101將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，然后由自適應濾波器 102將不同間距的每對麥克風的信號在相應的子帶內進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號，最后由子帶合成單元103通過對各個子帶降噪后的信號進行合成得到全頻帶降噪后的信號，從而能夠在寬帶通信中有效地抑制全頻帶的噪聲，解決了現有技術中多麥克風陣列不能很好的進行寬帶噪聲抑制，無法適用于越來越普遍的寬帶通信的問題，達到了可以利用較少的麥克風和較小尺度的麥克風陣列即可對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的目的。并且優選地，通過降噪控制單元104根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入該控制參數用于控制其更新速度，能夠對寬頻帶內的噪聲進行有效抑制的同時并很好的保證語音質量，提高全頻帶的信噪比。如圖12所示，本發明實施例還提供一種多麥克風陣列噪聲消除系統，包括多麥克風陣列，所述多麥克風陣列由三個或三個以上的等間距或不等間距的麥克風組成；和，上述的本發明實施例的多麥克風陣列噪聲消除裝置，用于對所述多麥克風陣列采集到的信號進行降噪處理。可以理解，本發明上述實施例的技術方案適用于三個或三個以上的麥克風組成的等間距或不等間距的多麥克風陣列，其中麥克風不限指向，可以為單指向麥克風也可以為全指向麥克風。并且多麥克風陣列構成的不同麥克風間距的數量越多，全頻帶劃分的子帶越多越窄，從而利用本發明提供的技術方案獲得的降噪效果越好。下面采用一個具體實施例對本發明的上述技術方案做進一步說明。參見圖2，四個麥克風MIC1、MIC2、MIC3、MIC4組成一個等間距的麥克風陣列，相鄰麥克風的間距D = 2cm,使用者在圖3所示的應用場景中的-45度與45度間的范圍內說話。 四個麥克風以fs = 16kHz的采樣頻率分別接收到信號Sl、s2, s3、、。本發明的處理過程參見圖6 步驟1 這四路信號首先經過降噪控制單元在頻域中估計出信號的入射角從而計算出控制參數α以控制自適應濾波器更新。具體實施對信號Sl、s2, s3、S4做離散傅立葉變換首先對Si進行分幀處理(i = 1 4)，每幀N個采樣點，或幀長IOms 32ms，設第m幀信號是(Ii (m，η)，其中0彡η < N， 0 ( m。相鄰兩幀有M個采樣點的混疊，即當前幀的前M個采樣點是前一幀的最后M個采樣點，每幀只有L = N-M個采樣點的新數據。因此第m幀數據為屯&，!!)= Si (m*L+n)。本實施方案取幀長N = 512，即3&1S，混疊M = 256，即50%的混疊。分幀處理后對每幀信號用窗函數win (η)進行加窗處理，加窗后的數據為&(m，n) = win (η) (m，η)。窗函數可選擇漢明窗，漢寧窗等窗函數，本實施方案選取漢寧窗
( (2πη Dwin( ) = 0.5 1-cos -,
I U-iJJ加窗后的數據最后進行DFT轉換到頻域G1 (m,k、e-她(ιηΛ)(m, )βι2πΛ, ,其中0《Ky是頻率子帶，Gi(Huk)是幅度，Φ>，10是相位。計算相對延時計算信號Si和~的相對延時ATij^k) = ΨΛ J ΨΛ ,其中 ij = 12，13，14。計算信號入射角根據Si和~的相對延時計算信號入射角θ iJ(m，k) = arcsin ( Δ Tij (m, k))。獲取控制參數根據全頻帶內的每對麥克風(ij = 12，13，14)的信號入射角統計在保護角內[-45° 45° ]的成分得到自適應濾波器更新的控制參數α，α是0 1之間的數，由頻率成分在保護角內的多少決定。頻率成分在保護角內的個數是0時，α =1;頻率成分在保護角外的個數為0時，α =O0步驟2 :Sl, S2, s3、S4通過子帶分解單元分解到高頻信號S11和中頻信號S12和 S32,低頻/[言號S13禾口 S43。具體實施Sl、S2通過截止頻率為3kHz的高通濾波器得到高頻信號S11和知；Sl、 S3通過截止頻率為IkHz和3kHz的帶通通濾波器得到中頻信號S12和S32 ；S1,S4通過截止頻率為IkHz的低通濾波器得到低頻信號S13和、3。步驟3:811和知經過由控制參數α控制更新的時域自適應濾波器&，得到降噪后的高頻成分y1;s12和^經過由控制參數α控制更新的時域自適應濾波器H2，得到降噪后的中頻成分y2;s13和^經過由控制參數α控制更新的時域自適應濾波器H3，得到降噪后的低頻成分y3。具體實施自適應濾波器是一個階長為P (P彡1)的HR濾波器，濾波器Hj的權值是^； = [5.(0),,(1),···,,OP-I)],本實施方案P = 64。Hj濾波的濾波結果是Yj (n) = Slj (η) - (w」(0) *s(j+1)」(η) +Wj (1) *s(j+1)」(n_l) +. . . +Wj (P-I) *s(j+1)」(n-P+1))，其中j = l，2，3，Yj(η)反饋回自適應濾波器Hj進行濾波器權值^的更新w；( ) = w;( ) + μ*y^n) *s(;+1);( ) ’
其中
權利要求
1.一種多麥克風陣列噪聲消除方法，其特征在于，包括根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的自適應濾波器輸入所述控制參數。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數包括對多麥克風陣列的每個麥克風的信號做離散傅立葉變換轉換到頻域； 在頻域上計算不同間距的每對麥克風信號的相對延時； 根據所述相對延時和不同間距計算每對麥克風的信號入射角；以及， 統計所述每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述統計每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數包括統計全頻帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出全頻帶統一的自適應濾波器的控制參數α，其中α < 1，并且在保護角內的成分越多α越小，自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時α = 0，自適應濾波器不更新；反之保護角外的成分越多α越大，自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時α = 1，自適應濾波器最快更新。
5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述統計每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數包括分別統計各個子帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出各個子帶各自的自適應濾波器的控制參數α"其中、< l，i表示子帶，并且在保護角內的成分越多ai越小，該子帶的自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時a i = 0，該子帶的自適應濾波器不更新，反之保護角外的成分越多、越大，該子帶的自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時Cii = 1，該子帶的自適應濾波器最快更新。
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特征在于，所述將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內包括選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器對不同間距的每對麥克風的信號分別進行濾波得到相應的子帶內的分解信號；或者，利用分析濾波器組將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號包括對于選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器分別對信號進行濾波得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法，則采用把各個子帶降噪后的信號直接相加的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號；對于利用分析濾波器組得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法，則采用相對應的綜合濾波器組對各個子帶降噪后的信號進行合成的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號。
8.根據權利要求2-5任一項所述的方法，其特征在于，所述對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪包括獲取不同間距的每對麥克風在其相應的子帶的兩路信號，以其中一路信號作為期望信號，另一路作為參考信號；將所述參考信號輸入到自適應濾波器進行濾波，將濾波后信號與所述期望信號相減得到輸出信號，同時將所述輸出信號反饋回所述自適應濾波器更新所述自適應濾波器的權值；并且，通過所述控制參數控制所述自適應濾波器的更新速度。
9.一種多麥克風陣列噪聲消除裝置，其特征在于，包括子帶分解單元，用于根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；自適應濾波器，用于對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；子帶合成單元，用于對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括降噪控制單元，用于根據保護角內目標信號成分的多少獲取自適應濾波器的控制參數，并向在相應的子帶內進行自適應降噪的所述自適應濾波器輸入所述控制參數。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述降噪控制單元包括DFT模塊，用于對所述多麥克風陣列的每個麥克風的信號做離散傅立葉變換轉換到頻域；時延計算模塊，用于在頻域上計算不同間距的每對麥克風信號的相對延時； 方向計算模塊，用于根據所述相對延時和不同間距計算每對麥克風的信號入射角；以及，控制參數獲取模塊，用于統計所述每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少， 根據統計結果換算出自適應濾波器的控制參數。
12.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述控制參數獲取模塊為全頻帶控制參數獲取模塊，用于統計全頻帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出全頻帶統一的自適應濾波器的控制參數α，其中 O^ α ^ 1，并且在保護角內的成分越多α越小，自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時α = 0，自適應濾波器不更新；反之保護角外的成分越多α越大，自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時α = 1，自適應濾波器最快更新。
13.根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述控制參數獲取模塊為子帶控制參數獲取模塊，用于分別統計各個子帶內的每對麥克風的信號入射角在保護角內的成分多少，根據統計結果換算出各個子帶各自的自適應濾波器的控制參數、，其中 O^ Qi^l, i表示子帶，并且在保護角內的成分越多CIi越小，該子帶的自適應濾波器更新越慢，全是保護角內的成分時α i = 0，該子帶的自適應濾波器不更新，反之保護角外的成分越多、越大，該子帶的自適應濾波器更新越快，全是保護角外的成分時Cii = 1，該子帶的自適應濾波器最快更新。
14.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述子帶分解單元具體用于選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器對不同間距的每對麥克風的信號分別進行濾波得到相應的子帶內的信號；或者，利用分析濾波器組將構成不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述子帶合成單元具體用于，對于所述子帶分解單元選擇合適的低通、帶通和高通的濾波器分別對信號進行濾波得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法時，則采用把各個子帶降噪后的信號直接相加的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號；對于所述子帶分解單元利用分析濾波器組得到相應的子帶內的分解信號的子帶分解方法時，則采用相對應的綜合濾波器組對各個子帶降噪后的信號進行合成的子帶合成方法得到全頻帶降噪后的信號。
16.一種多麥克風陣列噪聲消除系統，其特征在于，包括多麥克風陣列，所述多麥克風陣列由三個或三個以上的等間距或不等間距的麥克風組成；和，權利要求9-15任一項所述的多麥克風陣列噪聲消除裝置，用于對所述多麥克風陣列采集到的信號進行降噪處理。
全文摘要
本發明的實施例公開了一種多麥克風陣列噪聲消除方法、裝置及系統，以解決現有技術中存在的多麥克風陣列不能很好的抑制寬帶噪聲，無法適用于越來越普遍的寬帶通信的問題。本發明實施例的方法包括根據所述多麥克風陣列的每對麥克風構成的不同間距的數量，把全頻帶劃分成相同數量的子帶；將不同間距的每對麥克風的信號分解到相應的子帶內，其中，間距越大的每對麥克風的信號其被分解到的子帶的頻率越低；對所述不同間距的每對麥克風在其相應的子帶內的分解信號進行自適應降噪，得到各個子帶降噪后的信號；對所述各個子帶降噪后的信號進行合成得到所述多麥克風陣列在全頻帶降噪后的信號。本發明的實施例可以應用在免提視頻通話的場景中。
文檔編號G10L21/02GK102306496SQ20111025935
公開日2012年1月4日 申請日期2011年9月5日 優先權日2011年9月5日
發明者劉崧, 李波 申請人:歌爾聲學股份有限公司