[发明专利]一种音频信号中时变正弦干扰的自适应抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字音频处理领域，尤其是涉及一种音频信号中时变正弦干扰的自适应抑制方法。

背景技术

音频拾音过程经常会遇到时变正弦或余弦信号的干扰。例如，工频干扰现象，由于声学反馈产生的自激振荡现象，以及受到特定噪声频率的干扰(如汽车、飞机轰鸣声)等等。正弦干扰和余弦干扰只是在相位上相差π/2，所以统称为正弦干扰。大多数情况下，正弦干扰具有时变性，属于非平稳信号范畴。干扰信号的能量或幅度通常较大，信噪比很低，信号通常淹没在干扰之中。

抑制和消除时变正弦干扰的关键之一是估计时变正弦信号的频率。从非平稳信号中提取时变正弦频率的算法有自适应陷波技术、多频带搜索技术和LMS梯度速降法等。

自适应陷波技术用一个窄带二阶陷波器跟踪时变正弦信号，目标是使经过陷波后的误差信号能量最小，时变正弦频率是其估计的惟一参数。单一的自适应陷波算法对正弦频率估计的初值设置十分敏感，不同的初值会严重影响收敛速度，甚至会导致发散。

多频带搜索技术的基础是DFT算法，计算复杂性高。当信号属于非平稳范畴时，这种算法的估计质量会明显变差。

LMS梯度速降法的目标是使输入信号和被估计的时变正弦信号之差的均方误差最小化。通过梯度搜索，可以同时估计时变正弦信号的频率、幅度和相位。为了简化LMS梯度速降算法计算复杂性，LMS梯度速降法往往要对频率估计的递推公式进行简化，其频率估计精度和稳定性低于自适应陷波器。

由于人耳对声音信号的敏感度很高，如果估计到虚假正弦干扰，处理结果会导致声音失真；反之，若由于计算复杂性，导致延时估计到正弦干扰，则又会被人耳感知。尤其当正弦干扰时变时，当算法鲁棒性不好时，由于不能及时跟踪时变正弦信号，反而会影响声音品质。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的难以快速、准确抑制声音信号中的正弦干扰的技术问题，提供一种对初值设置不敏感、收敛速度快、计算简单、质量高、精度和稳定性好的音频信号中时变正弦干扰的自适应抑制方法。

本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种音频信号中时变正弦干扰的自适应抑制方法，包括以下步骤：

步骤一、输入原始音频信号，对原始音频信号进行AD转换，得到数字化的音频信号；

步骤二、使用自适应陷波算法计算音频信号中正弦干扰信号的初步频率；

步骤二、使用LMS梯度速降算法计算音频信号中正弦干扰信号的幅度、相位和精确频率；

步骤三、使用判决算法判定正弦干扰信号的可信度：如果可信度为真，则转到步骤四；如果可信度为假，则直接输出音频信号；

步骤四、从音频信号中减去计算出的正弦干扰信号，得到抑制干扰后的音频信号并输出。

作为优选，所述使用自适应陷波算法计算音频信号中正弦干扰信号的初步频率ω₀(n)，正弦干扰信号的初步频率ω₀(n)与初步频率相关系数k₀(n)的关系为：

|k₀(n)|＝|-cos(ω₀(n))|

w(n)如说明书附图2所示，

w(n)＝u(n)-k₀(n-1)[1+α]w(n-1)-αw(n-2)

定义：

A(n)=Σk=0nλn-k[2w(n-1)]2]]>