[发明专利]基于维纳滤波的语音混响消减方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种语音混响消减方法，特别是一种基于维纳滤波的语音混响消减方法，属于语音信号处理技术领域。

背景技术

声音易受到混响的影响。例如，在房间中，语音信号由墙、天花板或地板反射，因此房间中存在的麦克风将接收到直接信号和通过反射面接收到的间接信号组合的声信号。该间接信号被称为所接收信号的混响部分。在手机的使用中，当通话环境比较狭小时，比如在浴室，电梯里，容易产生混响，混响严重时，会导致说话不清，导致通讯障碍。在许多其它场合，混响往往也带来干扰，导致声学接收系统性能变差。例如，混响会导致语音识别系统性能显著下降，在远程会议、振动声学、声纳通信和海洋声学中，混响也主要带来负面影响。当混响严重时，这些系统甚至无法正常发挥功能。因此，如何减少混响对声音接收系统的影响是一个非常重要的课题。

现有的信号处理系统试图通过盲反卷积来降低混响。盲反卷积(blinddeconvolution)试图估计房间、办公室或其它混响信号环境的传递函数。感知的信号被用于一个反向滤波器(inverse filter)以估计原始信号。盲反卷积试图通过确定的信号环境传递函数，正确地恢复原始信号。该处理是极其复杂的，是高强度的计算技术。同样地，它不能适用于如提供了实时响应的移动电话的一些设备，或不能适用于不能为盲反卷积提供足够的处理资源的一些设备。

已有技术中，申请号为200510125838.4、名称为“混响估计和抑制系统”的发明专利，提出一种信号处理系统检测混响，并对混响信号进行抑制。它对输入信号的频带进行分析以确定混响特征是否存在。当检测到混响时，便衰减混响频带，以降低或消除混响。申请号为200580024631.6、名称为“音频信号去混响”的发明专利，提出一种估计声信号中混响的方法。它首先确定信号的频谱，通过提供指示所述信号的混响部分随时间衰减的第一参数，提供指示所述信号的直接部分对于混响部分的幅值的第二参数，使用先前帧的频谱、第一参数和第二参数产生混响信号的估计频谱。上述两种发明专利均是对混响信号的频谱进行分析，确定混响特征，以达到对混响的消减，在处理、计算的的简易程度上要好于盲反卷积去混响，但是从混响消减的效果上来讲，仅依靠对混响信号频谱的分析，去混响效果仍需进一步改善。

发明内容

为了克服现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种语音信号去混响的新方法，该方法能有效消减房间环境中产生的混响信号。适用信号包括在封闭浴室、电梯、大型空旷礼堂等混响环境下的语音信号，特别适用于移动通讯中的去混响。

该混响消减方法包括两次反卷积运算，分别求出混响环境的房间冲击响应和去混响后的语音信号。不同于盲反卷积，该去混响系统计算强度较低，且有较好的时效性，故本发明可被实现为实时信号处理系统或脱机的系统。

该混响消减方法是一种基于维纳滤波来进行语音去混响的新方法。由于每次在进行移动通信时，一般都会以“喂”或者“hi”、“hello”开始，因此，便可以在移动通讯器材中预存纯净语音信号“喂”、“hi”等，在混响环境下进行通信，如打手机时，也以“喂”、“hi”等字开始，这样便知道“喂”字等的纯净语音信号和混响语音信号，通过维纳滤波反卷积运算可得混响环境的房间冲击响应；然后当说话者对着手机发出其他声音时，就已知混响环境的冲击响应和混响语音信号，利用已知混响的房间冲击响应信息，经过第二次反卷积运算就可以获得去混响后的语音信号。

本发明是通过下述技术方案实现的，本发明方法包括输入处理、混响分析、混响处理和输出处理四个步骤，具体说明如下：

1、输入处理：首先预存纯净起始语音信号，然后接收混响信号，混响信号可以是一个麦克风输入信号或表现出声混响效果的其它输入信号。在具体实施中，可采用麦克风等语音采集工具采集语音信号。在此步骤中，输入处理主要执行预处理任务，即对该信号采样、端点检测和分帧，为后续分析和处理做准备。

2、混响分析：混响分析主要是根据经过预处理的纯净起始音及其混响信号，基于维纳滤波反卷积算法得出混响环境的房间冲击响应信息，以维纳反滤波因子的形式输出到下一步混响处理单元中进行滤波去混响，其中每输入一次纯净起始音的混响信号就能得到一组维纳反滤波因子，当对语音质量要求较高，或者一组维纳反滤波因子不能达到去混响要求，即不能获得足够多房间冲击响应信息时，可将房间冲击响应信息进行整合，信息整合可采用平均或加权方法。

3、混响处理：用于消减混响信号中的混响。利用步骤2混响分析中得到的反滤波因子，对混响信号进行滤波得到去混响信号。