[发明专利]个人通信中降噪和回波消除时的噪声估计

说明书

本发明涉及个人通信中降噪和回波消除时的噪声估计，其中音频信号处理方法包括步骤：在一个或多个子频带中，接收M个通信信号；用一组波束形成器系数处理通信信号以获得波束形成器输出信号；处理通信信号以获得N个目标消除的信号；处理通信信号以获得目标不存在信号；将目标消除的信号的N阶协方差矩阵估计为平均值；估计N阶的、目标消除的协方差矩阵的逆矩阵；依据目标消除的协方差矩阵的逆矩阵和N个目标消除的信号确定实值换算因子；将波束形成器输出信号中的噪声功率的初始估计量确定为平均值；使初始噪声估计量乘以换算因子以获得波束形成器输出信号中噪声功率的精确估计量。本发明具有声音质量得以提高及不想要的信号分量得以减少的优点。

技术领域

本申请涉及音频处理，尤其涉及语音增强，特别是提高嘈杂环境中目标语音信号的信号质量。本发明涉及嵌入在从存在于包括一个或多个目标声源和多个不受欢迎的噪声源的声环境中的多个传声器获得的多通道音频信号中的噪声的传声器间谱相关矩阵的估计。

本发明例如可用于获得谱信噪比估计量并形成将应用于波束形成器输出信号以获得增强信号的谱权重，其中保留目标语音内容及噪声分量得以大大减小。

谱权重例如可用于进一步减小已从回波消除系统的初始级逸出的残留回波信号。

本发明例如可用在下述应用中：耳机、助听器、有源耳朵保护系统、移动电话、远程会议系统、卡拉OK系统、广播系统、移动通信装置、免提通信装置、话音控制系统、汽车音频系统、导航系统、音频捕获、摄像机、和视频电话。

背景技术

背景噪声、回响和回波信号为个人通信系统中及包括有声命令的自动识别的系统中所出现问题的典型原因。背景噪声和房间回响可严重降低声音质量及所需要语音信号的可懂度。在声音识别系统中，背景噪声和回响增大出错率。另外，在一些通信系统中，扬声器系统将已知的音频信号传到环境，其由传声器阵列拾取。例如，对于声控电视机，当捕获声音命令时，可能希望无视传到扬声器的电视伴音信号的回波。类似地，在电话/有声通信设置中，远端语音信号传给一个或多个本地扬声器，这产生由本地传声器拾取为不想要的回波的音频信号。该回波应在近端语音信号传给远端之前消除。类似地，声控系统受益于回波分量的消除。

解决背景噪声的常规方法包括波束形成和单通道降噪。波束形成使能通过采用空间滤波器即信号增益取决于声音相对于传声器阵列的空间方向的滤波器来区分声源。多传声器增强方法可看作波束形成器算法和单通道降噪算法的结合；因此，除由独立的单通道系统提供的时频滤波之外，多传声器方法还可执行空间滤波。

常规的回波消除方法基于自适应估计从每一扬声器信号到每一传声器信号的传递函数并从传声器信号减去回波估计量。然而，回波信号的某些分量不能通过这样的方法得以足够衰减，尤其在具有长回响时间的房间中更是如此。与延迟回响相关联的回波信号部分通常与环境噪声类似，因为两个声场实际上通常均为弥散场。这是多传声器谱降噪系统也可用于消除回波信号的残留回响部分的主要原因。

用于语音增强的多通道维纳滤波器(MWF)(例如参见参考文献[3]Chapter3.2)在目标信号的均方误差意义上为最佳的线性估计器，假定传声器信号由具有附加无关联噪声的目标信号组成。MWF可分解为最小方差无失真响应(MVDR)波束形成器和单通道维纳后滤波器的结合。在这两个系统理论上一样的同时，分解后的系统在实践中对MWF滤波器的强力实施是有利的。具体地，可利用空间信号统计量(需要进行估计以实施MVDR波束形成器)在不同于信号统计量(需要进行估计以实施后滤波器)的速率下(通常更慢)随时间变化。

大多数后滤波器依赖于进入后滤波器的噪声和不想要的回响信号的功率谱密度(PSD)的估计。将多传声器降噪系统考虑为波束形成器和后滤波器的结合，显然可使用众所周知的单通道噪声追踪算法(例如参见参考文献[4]SectionII，Eq.(1)-(3))从波束形成器的输出信号直接估计噪声PSD。然而，总的来说，当估计进入后滤波器的噪声的PSD时，通过利用具有多个可用传声器信号的情形可获得更好的性能。