降噪裝置和醫療器械的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種降噪裝置和醫療器械。該降噪裝置用于抑制一音頻輸入中的噪聲，所述音頻輸入具有靜默期和語音期，所述降噪裝置包括一參考噪聲譜數據庫、一傅里葉變換器、一判斷單元和一傅里葉逆變換器，還包括一噪聲抑制單元和/或一噪聲消減單元。所述判斷單元判斷所述音頻輸入處于靜默期或語音期；當所述音頻輸入處于靜默期時，啟動所述噪聲抑制單元；當所述音頻輸入處于語音期時，啟動所述噪聲消減單元；所述噪聲抑制單元降低所述頻域信號的幅度；所述噪聲消減單元從所述頻域信號中減去參考噪聲譜的一比例；所述傅里葉逆變換器，其將所述噪聲抑制單元和/或所述噪聲消減單元的輸出變換為一時域信號。
【專利說明】
降噪裝置和醫療器械
技術領域
[0001] 本發明設及噪聲處理，特別是醫療器械的噪音抑制。
【背景技術】
[0002] 做CT檢查時，操作室中的醫生與檢查室中的患者需要溝通，運是借助CT機的醫患 通訊系統實現的。但是檢查室的空調、CT機轉盤和風扇會產生一定的噪音，運就使醫生從 控制盒的揚聲器上聽到的病人語音時有很明顯的噪音，影響醫生判斷病患的具體需求。
【發明內容】
[0003] 有鑒于此，本發明提出了 一種降噪裝置和醫療器械。
[0004] 根據本發明的第一方面，提供一種降噪裝置，用于抑制一音頻輸入中的噪聲，所述 音頻輸入具有靜默期和語音期，所述降噪裝置包括一參考噪聲譜數據庫、一傅里葉變換器、 一判斷單元和一傅里葉逆變換器，還包括一噪聲抑制單元和/或一噪聲消減單元；所述參 考噪聲譜數據庫提供一參考噪聲譜NK(f)，其中f為頻率；所述傅里葉變換器將所述音頻 輸入變換為一頻域信號s(f);所述判斷單元其根據所述頻域信號S(f)和所述參考噪聲譜 妒(0判斷所述音頻輸入處于靜默期或語音期；當所述音頻輸入處于靜默期時，啟動所述噪 聲抑制單元；當所述音頻輸入處于語音期時，啟動所述噪聲消減單元；所述噪聲抑制單元 降低所述頻域信號s(f)的幅度，得到,所述噪聲消減單元從所述頻域信號S(f)中減 去所述參考噪聲譜妒(f)的一比例，得到片述傅里葉逆變換器，其將所述噪聲抑制單 元和/或所述噪聲消減單元的輸出/1變換為一時域信號。
[0005] 在一實施例中，在所述噪聲抑制單元中，
衰減因子cd為一小于1 的正數。
[0006] 在一實施例中，在所述噪聲消減單元中
K為一 正數，W(f)為一依賴頻率的歸一化加權系數。
[0007] 在一實施例中，所述判斷單元其根據所述頻域信號S (f)和所述參考噪聲譜妒(f) 之間的距離Dist與一第一預定口限化reshholdi判斷所述音頻輸入處于靜默期或語音期， 其中
T虹esliholdi為一正數，W為f的最大值； 若Dist《化reshholdi，所述判斷單元判斷所述音頻輸入處于靜默期；反之，所述判斷單元 判斷所述音頻輸入處于語音期。
[0008] 在一實施例中，T虹63化〇1(11= 5地。
[0009] 在一實施例中，還包括一參考噪聲譜更新單元，當所述判斷單元判斷所述音頻輸 入處于靜默期時，所述參考噪聲譜更新單元更新參考噪聲譜N" (f)。
[0010] 在一實施例中，所述參考噪聲譜更新單元W下式更新參考噪聲譜妒(〇 :妒(〇 = Wi(t)*NK(f)+W2(t)*S(f)，其中加權系數 Wi(t)和 W2(t)為正數，且 Wi(t)+W2(t) = 1，其中 t 為時間。
[0011] 在一實施例中，的巧其中Ls為上一語音期的長度。
[0012] 在一實施例中，2《Κ《3。
[0013] 在一實施例中，所述噪聲消減單元還包括一殘余噪聲處理單元，所述殘余噪聲 處理單元判斷連續Ν帖音頻信號中&.(/) > A/f (/)的連續帖數Μ，若Μ《t虹eshhodz，則 5(/) = mm(&'(/))，其中minO 為去最小值函數，N > 2，i = - (N-l)'-(N-。，. . . 和Wf(/)分別為前-i帖的S(/)和妒訊，1《t虹eshhod2《N。
[0014] 根據本發明的第二方面，提供一種醫療器械，包括一如上文所述的降噪裝置。
[0015] 從上述方案中可W看出，本發明的降噪裝置和醫療器械能判斷音頻輸入的靜默期 和語音期，并在靜默期抑制噪聲和/或在語音期消減語音中混雜的噪聲，從而提高聽覺舒 適度和/或語音清晰度。在一實施例中，還能降低時變噪聲。若降噪裝置通過既有的硬件 W固件或軟件實現，本發明還具有經濟的特點。
【附圖說明】
[0016] 下面將通過參照附圖詳細描述本發明的優選實施例，使本領域的普通技術人員更 清楚本發明的上述及其它特征和優點，附圖中：
[0017] 圖1A為根據本發明的第一實施例的CT設備的示意圖。
[0018] 圖1B為圖1A所示的降噪裝置的示意圖。
[0019] 圖2為根據本發明的第二實施例的CT設備的示意圖。
[0020] 在上述附圖中，所采用的附圖標記如下：
[0021] 100;200 CT 設備 126 ;226 降噪裝置
[0022] 102 ;202 機架 128 ;228 檢查室
[0023] 104 ;204機架靜止部分控制器130 ;230操作室
[0024] 205 計算機 132 參考噪聲譜數據庫
[0025] 106 ;206冷卻風扇 133 數據解碼器
[0026] 108 ;208旋轉驅動 134 傅里葉變換器
[0027] 110;210受檢對象 136 判斷單元
[0028] 112;212第一揚聲器 138 參考噪聲譜更新單元
[0029] 114 ;214第一音頻采集器 140 噪聲抑制單元
[0030] 116;216控制臺 142 噪聲消減單元
[0031] 118;218第二揚聲器 144 殘余噪聲處理單元
[0032] 120 ;220第二音頻采集器 146 傅里葉逆變換器
[0033] 122 ;222操作者 148 數據編碼器
[0034] 124 ; 224 通話系統
【具體實施方式】
[0035] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，W下舉實施例對本發明進一步詳 細說明。
[0036] 圖1A為根據本發明的第一實施例的CT設備100的示意圖。如圖1A所示，CT設 備100包括一機架102和一控制臺116。機架102和控制臺116分別位于一檢查室128和 一操作室130中，操作室130中的一操作者122可利用CT設備100對檢查室128的一受檢 對象110作影像檢查。在檢查過程中，受檢對象110與操作者122利用一通話系統124溝 通。通話系統124包括一第一揚聲器112、一第一音頻采集器114、一第二揚聲器118和一 第二音頻采集器120。第一揚聲器112和第一音頻采集器114設置在機架102上，第二揚聲 器118和第二音頻采集器120設置在控制臺116上。
[0037] 在機架102中，有一冷卻風扇106和一旋轉驅動108,它們是檢查室128內的主要 噪聲源。為提高從第二揚聲器118中聽到的、由第一音頻采集器114傳來的語音的質量，CT 設備100可進一步包括一降噪裝置126。在本實施例中，降噪裝置126設置于一機架靜止部 分控制器104,通過固件實現，運樣可不必更改或添加 CT設備100的硬件。機架靜止部分 控制器104位于機架102中，圖1A為清楚起見而將機架靜止部分控制器104繪于機架102 夕K第一揚聲器112、第一音頻采集器114、第二揚聲器118和第二音頻采集器120分別連 接至降噪裝置126。 陽03引圖1B為圖1A所示的降噪裝置126的示意圖。降噪裝置126包括一參考噪聲譜數 據庫132、一傅里葉變換器134、一判斷單元136、一噪聲抑制單元140、一噪聲消減單元142 和一傅里葉逆變換器146。若第一音頻采集器114的輸出為通訊數據包，降噪裝置126還包 括一數據解碼器133,其接收第一音頻采集器114的輸出并從通訊數據包中解析出聲音數 字信號作為傅里葉變換器134的音頻輸入。該音頻輸入具有靜默期和語音期。所謂語音期 是指受檢對象110說話的時間段，所謂靜默期是指受檢對象110不說話的時間段。
[0039] 參考噪聲譜數據庫132提供一參考噪聲譜妒(〇，其中f為頻率。參考噪聲譜妒(〇 可預先獲取，反映受檢對象110不說話時的噪聲狀況。傅里葉變換器134將音頻輸入變換 為一頻域信號S(f)。判斷單元136根據頻域信號S(f)和參考噪聲譜妒(〇判斷音頻輸入 處于靜默期或語音期。當音頻輸入處于靜默期時，啟動噪聲抑制單元140。當音頻輸入處于 語音期時，啟動噪聲消減單元142。判斷單元136可根據頻域信號S (f)和參考噪聲譜妒(f) 之間的距離Dist與一第一預定口限化reshholdi判斷音頻輸入處于靜默期或語音期，其中
T虹es化oldi為一正數，例如5地，W為f的最大 值。若Dist《化reshholdi，判斷單元136判斷音頻輸入處于靜默期。反之，判斷單元136 判斷音頻輸入處于語音期。
[0040] 噪聲抑制單元140降低頻域信號5訊的幅度，得到義,〇=('。,*5'(/)>。4為一小于 1的正數。運樣，在靜默期時，背景噪聲將被衰減因子Cd抑制。衰減因子Cd可通過實驗確 定取值。
[0041] 噪聲消減單元142從頻域信號S訊中減去參考噪聲譜妒訊的一比例，得到 、S、(/) =義/')-/C*u'i/)*/V-"(/)，K為一正數，W訊為一依賴頻率的歸一化加權系數。由于 語音信號在低頻段占據頻譜的大部分，因此，w(f)可在低頻具有較低的取值。CT轉盤旋轉 或風扇旋轉的加速或減速階段，噪聲頻譜是時變的，因此K可用于調節被消減的噪聲頻譜 的整體程度，在本實施例中，2《K《3。通過增大或減小K，估計的噪聲頻譜將被適應，W減 輕由錯誤的噪聲譜估計噪聲的語音失真。
[00創傅里葉逆變換器146將噪聲抑制單元和所述噪聲消減單元的輸出51/'：!變換為一 時域信號。該時域信號將發送至數據編碼器148,由數據編碼器148打包為通訊數據包并發 送給第二揚聲器118。
[0043] 降噪裝置126還可包括一參考噪聲譜更新單元138,當判斷單元136判斷音頻輸 入處于靜默期時，參考噪聲譜更新單元138更新參考噪聲譜妒(f)。例如，可W W下式更新 參考噪聲譜妒(〇 :妒(〇 =Wi(t)*NK(f)+W2(t)*S(f)，其中加權系數Wi(t)和W2(t)為正數， 且WiU)+W2(t) =1，其中t為時間。由于噪聲可受語音的影響并且W2(t)在長時間語音發 生期間隨時間遞減，因此，在本實施例中，= 其中Ls為上一語音期的長度。
[0044] 為了消除譜減帶來的音樂噪聲，噪聲消減單元142還可包括一殘余噪聲處理單 元144。殘余噪聲處理單元144利用語音具有連續性的特性，將最近的連續N帖音頻信 號作為一個窗口，判斷其中的連續帖數M，若Μ《t虹eshhodz，則認為S訊 是一個噪聲，即便S訊減去參考噪聲譜妒訊的一比例后，依然是一個噪聲，其 中 N > 2, i = - (N-1)，- (N-2)，...，0, &.(/)和 iVf(/)分別為前-i 帖的巧/)和妒訊， 1《t虹eshhod2《N。于是，為平滑噪聲，可將s(/)設定為上述窗口里的&(/)的最小值，即 S(/) = min(&(/))，其中min 0為去最小值函數。若M〉t虹eshhodz，則認為s(y')是語音，于 是保持不變。
[0045] 噪聲抑制單元140和噪聲消減單元142分別用于抑制靜默期的噪聲和語音期的噪 聲。在其他實施例中，降噪裝置126可僅包括噪聲抑制單元140和噪聲消減單元142中的 一個。
[0046] 圖2為根據本發明的第二實施例的CT設備200的示意圖。如圖2所示，CT設備 200包括一機架202和一控制臺216。機架202和控制臺216分別位于一檢查室228和一 操作室230中，操作室230中的一操作者222可利用CT設備200對檢查室228的一受檢對 象210作影像檢查。在檢查過程中，受檢對象210與操作者222利用一通話系統224溝通。 通話系統224包括一第一揚聲器212、一第一音頻采集器214、一第二揚聲器218和一第二 音頻采集器220。第一揚聲器212和第一音頻采集器214設置在機架202上，第二揚聲器 218和第二音頻采集器220設置在控制臺216上。
[0047] 在機架202中，有一冷卻風扇206和一旋轉驅動208,它們是檢查室228內的主要 噪聲源。為提高從第二揚聲器218中聽到的、由第一音頻采集器214傳來的語音的質量，CT 設備200可進一步包括一降噪裝置226。在本實施例中，降噪裝置226設置于一計算機205 上，通過軟件實現，運樣可不必更改或添加 CT設備200的硬件。機架靜止部分控制器204 位于機架202中，用于控制機架202中靜止的部件，圖2為清楚起見而將機架靜止部分控制 器204繪于機架202外。第一揚聲器212、第一音頻采集器214、第二揚聲器218和第二音 頻采集器220分別連接至降噪裝置226。
[0048] 降噪裝置226可具有與降噪裝置126相同的結構。
[0049] 降噪裝置226和降噪裝置126還可W通過硬件實現。
[0050] 許多醫療器械具有用于獲取語音的音頻采集器和相應的揚聲器，為抑制語音中混 雜的噪聲和/或語音間歇的噪聲，上述降噪裝置126和降噪裝置226也可用于CT設備W外 的醫療器械。
[0051] 本發明的降噪裝置和醫療器械能判斷音頻輸入的靜默期和語音期，并在靜默期抑 制噪聲和/或在語音期消減語音中混雜的噪聲，從而提高聽覺舒適度和/或語音清晰度。在 一實施例中，還能降低時變噪聲。若降噪裝置通過既有的硬件W固件或軟件實現，本發明還 具有經濟的特點。
[0052] W上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用W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、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種降噪裝置，用于抑制一音頻輸入中的噪聲，所述音頻輸入具有靜默期和語音期， 所述降噪裝置包括一參考噪聲譜數據庫（132)、一傅里葉變換器（134)、一判斷單元（136) 和一傅里葉逆變換器（146)，還包括一噪聲抑制單元（140)和/或一噪聲消減單元（142); 所述參考噪聲譜數據庫（132)提供一參考噪聲譜妒(〇,其中f為頻率； 所述傅里葉變換器（134)將所述音頻輸入變換為一頻域信號S (f); 所述判斷單元（136)其根據所述頻域信號S (f)和所述參考噪聲譜妒(〇判斷所述音頻 輸入處于靜默期或語音期；當所述音頻輸入處于靜默期時，啟動所述噪聲抑制單元（140); 當所述音頻輸入處于語音期時，啟動所述噪聲消減單元（142); 所述噪聲抑制單元（140)降低所述頻域信號S (f)的幅度，得到 所述噪聲消減單元（142)從所述頻域信號S(f)中減去所述參考噪聲譜妒(〇的一比 例，得到巧/); 所述傅里葉逆變換器（146)，其將所述噪聲抑制單元（140)和/或所述噪聲消減單元 (14。的輸出變換為一時域信號。2. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，在所述噪聲抑制單元（140)中，衰減因子Cd為一小于1的正數。3. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，在所述噪聲消減單元（142)中，,K為一正數，w(f)為一依賴頻率的歸一化加權系數。4. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，所述判斷單元（136)其根據所述頻域信號 S(f)和所述參考噪聲譜妒(〇之間的距離Dist與一第一預定口限化reshholdi判斷所述音 頻輸入處于靜默期或語音期，其牛Ilireshholdi 為一正數，W為f的最大值； 若Dist《T虹es化oldi，所述判斷單元（136)判斷所述音頻輸入處于靜默期；反之，所 述判斷單元（136)判斷所述音頻輸入處于語音期。5. 如權利要求4所述的降噪裝置，其特征是，T虹es化old 1= 5地。6. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，還包括一參考噪聲譜更新單元（138)，當 所述判斷單元（136)判斷所述音頻輸入處于靜默期時，所述參考噪聲譜更新單元（138)更 新參考噪聲譜妒(〇。7. 如權利要求5所述的降噪裝置，其特征是，所述參考噪聲譜更新單元（138) W下式更 新參考噪聲譜NK(f)如訊=Wi(t)*NK訊+W2(t)巧訊，其中加權系數Wi(t)和W2(t)為正 數，且Wi(t)+W2(t) =1，其中t為時間。8. 如權利要求7所述的降噪裝置，其特征是，其中Ls為上一語音期的長度。9. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，2《K《3。10. 如權利要求1所述的降噪裝置，其特征是，所述噪聲消減單元（142)還包括 一殘余噪聲處理單元（144)，所述殘余噪聲處理單元（144)判斷連續N帖音頻信號中巧連續帖數M，若M《threshhodz，貝其中min Q為去 最小值函數，N > 2, i = - (N-I)，- (N-2)，. . .，0, 和Wf W分別為前-i帖的和 妒江)，1《threshhod2《N。11. 一種醫療器械，其特征是，包括一如權利要求1至10中任一項所述的降噪裝置 (126)。
【文檔編號】G10L21/0208GK105989848SQ201510051258
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月30日
【發明人】邵軍明, 趙國鋒
【申請人】上海西門子醫療器械有限公司