专利名称：一种语音背景噪声的消除方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明属于语音通信领域，具体涉及一种语音背景噪声的消除方法和装置。
背景技术：
在语音通信领域，由于通话者所处的环境较为复杂，导致音频设备采集的音频信 号除了包括通话者的语音信号外，还包括周围环境其他声源发出的噪声信号，如其他人的 说话声、交通工具发出的声音等，这些噪声信号严重的干扰了语音通信的质量，因此在保持 高效去噪的同时，使用较少的器件去除语音信号中混杂的噪声信号的技术已成为众多公司 关注的焦点。传统的去噪方式通常是在系统中设置一个噪声门限，系统根据输入信号的有效值 在噪声门限以上识别为语音，以下识别为噪声。对噪声做完全消除处理，语音做放大处理。 实际情况下，语音开始和结束时，在噪声门限以下存在部分的语音信号，上述的处理过程使 得有效的语音信号损失一部分，从而不能保证语音的连续性，处理噪声的过程中引入新的 突变噪声，保真度较低。而且在噪声强度起伏较大的情况下，这种去噪方式不能保证对噪声 的有效抑制。
发明内容
本发明要解决的技术问题为现有技术中存在的语音背景噪声消除方法，不能保 证语音的连续性，处理噪声的过程中引入新的突变噪声，保真度较低的问题。为解决现有技术中存在的问题，本发明公开了一种语音背景噪声的消除方法，包 括下述步骤A.对外部音频电压信号进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势 的电压特征信号；B.将所述电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到乘积信号；C.将所述乘积信号进行比例放大处理并输出。优选地，在步骤B之前，还包括将所述电压特征信号进行峰值抑制处理的步骤；在 步骤B时，将经过峰值抑制处理后的电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到 乘积信号。优选地，所述外部音频电压信号为经过预放大处理的外部音频电压信号。优选地，实现步骤A的具体方法为对所述外部音频电压信号进行有效值检测，以 得到音频电压信号的平均功率信号；所述乘积信号为平均功率信号与外部音频电压信号的 乘积。优选地，实现步骤A的具体方法为对所述外部音频电压信号进行峰值检测，以得 到反映信号峰值变化趋势的峰值变化信号；所述乘积信号为峰值变化信号与外部音频电压 信号的乘积。为解决现有技术中存在的问题，本发明还公开了一种语音背景噪声的消除装置，
3包括特征值检测单元，用以接收外部音频电压信号并且对接收到的外部音频电压信号 进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号并输出；乘法单元，用以将所述电压特征信号与外部音频电压信号作乘法处理，以得到电 压特征信号与外部音频电压信号的乘积信号并输出；比例放大单元，用以将乘积信号进行比例放大处理并输出。优选地，所述的语音背景噪声的消除装置，还包峰值抑制单元，用以接收电压特征 信号，并将所述电压特征信号进行峰值抑制处理并输出；乘法单元将经过峰值抑制处理后 的电压特征信号与外部音频信号作乘法处理。优选地，所述外部音频电压信号为经过预放大处理的外部音频电压信号。优选地，所述特征值检测单元为有效值检测单元，用以对所述外部音频电压信号 进行有效值检测，以得到音频电压信号的平均功率信号，所述乘积信号为平均功率信号与 外部音频电压信号的乘积。优选地，所述特征值检测单元为峰值检测单元，用以对所述外部音频电压信号进 行峰值检测，以得到反映信号峰值变化趋势的峰值变化信号，所述乘积信号为峰值变化信 号与外部音频电压信号的乘积。本发明通过对外部音频电压信号进行特征值检测，并将获得的反映外部音频电压 信号变化趋势的电压特征信号与外部音频电压信号相乘，使语音信号和噪声信号有了较大 的分离，然后将获得的信号进行比例放大处理能够有效地去除环境噪声，并对语音信号进 行有效增强。
图1是本发明实施例图2是本发明实施例图3是本发明实施例图4是本发明实施例图5是本发明实施例图6是本发明实施例图7是本发明实施例图8是本发明实施例图9是本发明实施例
提供的语音背景噪声的消除方法的实现流程图； 提供的语音背景噪声的消除装置的结构框图； 提供的又一语音背景噪声的消除装置的结构框图； 提供的音频采集单元的电路原理图； 提供的信号预放大单元的电路原理图； 提供的有效值检测单元或峰值检测单元的电路框图 提供的峰值抑制单元的电路原理图； 提供的乘法单元的电路原理图； 提供的比例放大单元的电路原理图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。实施例一图1是本发明实施例提供的语音背景噪声的消除方法的实现流程图；如图1所示， 本发明实施例所提供的一种语音背景噪声的消除方法，包括下述步骤
A.对外部音频电压信号进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势 的电压特征信号；B.将所述电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到乘积信号；外部音 频电压信号经过特征值检测处理后，其中的语音信号对应较大的特征值信号，噪声信号对 应较小的特征值信号，在电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘的过程中，语音信号 与其特征值相乘的结果比噪声信号与其特征值相乘得到的结果要大，并且语音信号越大得 到的相乘结果就越大，噪声信号越小得到的相乘结果就越小。在这一过程后，语音和噪声在 乘法过程的结果对比上有着量的差距，而且这种差距是比原始信号中语音和噪声的量的对 比差距要更大。这一过程本质上将语音和噪声作更大程度的分离。C.将所述乘积信号进行比例放大处理并输出。上述外部音频电压信号可以是采集到的外部音频信号，也可以是从其他设备传输 过来的音频信号；为提高后级电路的处理精度，上述的外部音频电压信号为经过预放大处 理的外部音频电压信号；在步骤B之前，还可包括将所述电压特征信号进行峰值抑制处理 的步骤；在步骤B时，将经过峰值抑制处理后的电压特征信号与所述外部音频电压信号相 乘，以得到乘积信号。峰值抑制处理使电压特征信号在乘法过程中，在一定范围内与一固定 值相乘，对信号作同比例放大处理，在一定程度上减小信号因不等比放大造成的失真。该抑 制功能能够起到对语音信号的放大倍数控制在一定的范围内，可以避免输出信号过大。实施例二 实施例二与实施例一的区别在于步骤A具体为对外部音频电压信号进行特征值检测的具体方法可以为对所述 外部音频电压信号进行有效值检测，以得到音频电压信号的平均功率信号；步骤B具体为将平均功率信号与外部音频电压信号相乘，以得到第一乘积信号；步骤C具体为将第一乘积信号进行比例放大处理并输出，在本实施例子中，比例 放大的倍数根据预放大处理的放大倍数和对噪声信号的衰减程度而定，一般设计为小于1 的倍数。实施例三实施例三与实施例一的区别在于步骤A具体为对外部音频电压信号进行特征值检测的具体方法可以为对对所 述外部音频电压信号进行峰值检测，以得到反映信号峰值变化趋势的峰值变化信号；步骤B具体为将峰值变化信号与外部音频电压信号相乘，以得到第二乘积信号；步骤C具体为将第二乘积信号进行比例放大处理并输出，在本实施例子中，比例 放大的倍数根据预放大处理的放大倍数和对噪声信号的衰减程度而定，一般设计为小于1 的倍数。实施例四本发明实施例四为一种语音背景噪声的消除装置，图2是本发明实施例提供的语 音背景噪声的消除装置的结构框图；如图2所示一种语音背景噪声的消除装置，包括特征值检测单元，用以接收外部音频电压信号并且对接收到的外部音频电压信号 进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号并输出；乘法单元，用以将所述电压特征信号与外部音频电压信号作乘法处理，以得到电
5压特征信号与外部音频电压信号的乘积信号并输出；比例放大单元，用以将乘积信号进行比例放大处理并输出。实施例五图3为本发明实施例五的电路原理图；实施例五为对实施例四的进一步改进，如 图3所示一种语音背景噪声的消除装置，包括信号预放大单元、特征值检测单元、峰值抑 制单元、乘法单元和比例放大单元。信号预放大单元的输入端与音频采集单元的输出端相 连，特征值检测单元的输入端与预放大处理单元的输出端相连，预放大处理单元的输出端 还与乘法单元的第一输入端相连，特征值检测单元的输出端与峰值抑制单元的输入端相 连，乘法单元的第二输入端与预放大处理单元的输出端相连，乘法单元的输出端与比例放 大单元的输入端相连；其中的特征值检测单元可以为有效值检测单元，也可以为峰值检测 单元。其具体工作过程为音频采集单元将采集到的语音信号转变为外部音频电压信号 并输出至信号预放大单元进行放大处理，信号预放大单元将放大后的外部音频电压信号分 别输出至乘法单元的第一输入端和特征值检测单元的输入端；特征值检测单元对经过放大 处理的外部音频电压信号进行特征值检测，得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特 征信号并输出至乘法单元的第二输入端；乘法单元将电压特征信号和放大后的外部音频特 征信号作相乘处理，得到乘积信号并输出；比例放大单元将乘积信号做比例放大处理并输 出ο实施例五中的信号预放大单元和峰值抑制单元均为可选单元，即在对噪声处理要 求不严格的场合，可以不使用信号预放大单元和峰值抑制单元。图4为本实施例所使用的信号采集单元的电路图，如图4所示，本实施例子所使用 的信号采集单元包括偏置电阻R1、麦克风la，隔直电容Cl、电阻R2、电阻R3和运算放大器 Ul ；VCM为系统共模电平；其中R2、R3和Ul构成跟随器。麦克风Ia采集到的信号经过隔直 电容Cl去掉偏置电压形成交流信号，再经过R2、R3和Ul组成的跟随器进行跟随输出，输出 信号1为外部音频电压信号。图5为本发明实施例提供的信号预放大单元的电路原理图；信号预放大单元主要 由电阻R4、电阻R5和运算放大器U2组成。在本发明实例中，将接收到的外部音频电压信号 1进行一定倍数(一般进行4 5倍)的放大，以得到放大后的外部音频电压信号2，该放 大过程主要为运算放大器实现，放大的倍数参与了整体系统功能的实现，同时将信号放大 也有利于提高后级电路的处理精度。图6是本发明实施例提供的有效值检测单元或峰值检测单元的电路框图；有效值 检测单元或峰值检测单元由全波整流电路(Full Wave Rectifier, FffR)和滤波电容C2组 成。有效值检测单元或峰值检测单元接收放大后的外部音频电压信号2经过内部的全波整 流电路的整流作用和电容的滤波作用，提取放大后的外部音频电压信号的平均功率信号或 者放大后的外部音频电压信号的峰值变化信号5并输出。图7为本发明实施例提供的峰值抑制单元的电路原理图；如图7所示，峰值抑制单 元包括比较器U3，比较器U3的正输入端接收放大后的外部音频电压信号的平均功率信号 或放大后的外部音频电压信号的峰值变化信号5，比较器U3的负输入端与与系统中预设的 峰值抑制电平VF相连；峰值抑制处理的具体过程为比较器U3将放大后的外部音频电压
6信号的平均功率信号或放大后的外部音频电压信号的峰值变化信号5与系统中预设的峰 值抑制电平VF比较，当信号大于VF时，比较器的输出控制选择开关Sl选择VF输出，反之， 选择该信号输出，起到对该信号进行峰值抑制的功能，使信号在乘法过程中，在一定范围内 与一固定值相乘，对信号作同比例放大处理，在一定程度上减小信号因不等比放大造成的 失真。该抑制功能能够起到对语音信号的放大倍数控制在一定的范围内，可以避免输出信 号过大。图8是本发明实施例提供的乘法单元的电路框图；如图8所示，乘法单元包括乘法 器U4，以实现乘法功能。乘法器的第一输入端与预放大处理单元的输出端相连，乘法器的第 二输入端与峰值抑制单元的输出端相连；乘法器U4相乘公式为Z = K*X*Y (Χ、Υ为乘法的两 路输入，K为乘法运算的固有系数，Z为乘积信号)；其中X为经过预放大处理的外部音频电 压信号2，Y为放大后的外部音频电压信号的平均功率信号或放大后的外部音频电压信号 的峰值变化信号5 ；乘法器输出的信号Z即为乘积信号4。图9为本发明实施例比例放大单元的电路原理图；如图9所示，比例放大单元包括 运放U5，电阻R7、R8和可调电阻R6，开关S2，运放U5的正输入端接系统共模电平VCM，乘积 信号4由运放TO的负输入端接入。MC为模式选择信号，使用时根据通讯环境噪声的强度， 通过指令控制MC端口来选择合适的降噪模式，在某些实施例中MC也可以为人工控制；一般 降噪模式情况下，MC控制S2断开，实现的比例系数为al = (R7+R8)/R6。强降噪模式情况 下，MC控制S2闭合，实现的比例系数为a2 = R7/R6。可以根据实际情况，设置合适的电阻 R8，来实现两种模式降噪强度的差距。在特征值检测单元对语音和噪声进行了有效的分离 后，在该比例放大单元中通过设定比例系数a来要确定输出信号相对于原始输入信号放大 和缩小的分界点，高于该分界点的信号经过系统后呈放大状态，低于该分界点的信号经过 系统后呈缩小状态。并且原始信号幅值距离分界点越远，其被放大或者缩小的程度就越强。 分界点的设定要根据噪声被衰减的程度和语音被增强的程度来定。通过步骤E中对语音和 噪声的分离，设定比例系数a比较容易使噪声普遍处于比较强的衰减状态，而有效的语音 信号则普遍处于等比或者放大状态，达到了消除噪声，增强语音的功能。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种语音背景噪声的消除方法，其特征在于包括下述步骤A.对外部音频电压信号进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号；B.将所述电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到乘积信号；C.将所述乘积信号进行比例放大处理并输出。
2.根据权利要求1所述的语音背景噪声的消除方法，其特征在于在步骤B之前，还包 括将所述电压特征信号进行峰值抑制处理的步骤；在步骤B时，将经过峰值抑制处理后的 电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到乘积信号。
3.根据权利要求1所述的语音背景噪声的消除方法，其特征在于所述外部音频电压 信号为经过预放大处理的外部音频电压信号。
4.根据权利要求1所述的语音背景噪声的消除方法，其特征在于实现步骤A的具体 方法为对所述外部音频电压信号进行有效值检测，以得到音频电压信号的平均功率信号； 所述乘积信号为平均功率信号与外部音频电压信号的乘积。
5.根据权利要求1所述的语音背景噪声的消除方法，其特征在于实现步骤A的具体 方法为对所述外部音频电压信号进行峰值检测，以得到反映信号峰值变化趋势的峰值变 化信号；所述乘积信号为峰值变化信号与外部音频电压信号的乘积。
6.一种语音背景噪声的消除装置，其特征在于包括特征值检测单元，用以接收外部音频电压信号并且对接收到的外部音频电压信号进行 特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号并输出；乘法单元，用以将所述电压特征信号与外部音频电压信号作乘法处理，以得到电压特 征信号与外部音频电压信号的乘积信号并输出；比例放大单元，用以将乘积信号进行比例放大处理并输出。
7.根据权利要求6所述的语音背景噪声的消除装置，其特征在于还包峰值抑制单元， 用以接收电压特征信号，并将所述电压特征信号进行峰值抑制处理并输出；乘法单元将经 过峰值抑制处理后的电压特征信号与外部音频信号作乘法处理。
8.根据权利要求6所述的语音背景噪声的消除装置，其特征在于所述外部音频电压 信号为经过预放大处理的外部音频电压信号。
9.根据权利要求6所述的语音背景噪声的消除装置，其特征在于所述特征值检测单 元为有效值检测单元，用以对所述外部音频电压信号进行有效值检测，以得到音频电压信 号的平均功率信号，所述乘积信号为平均功率信号与外部音频电压信号的乘积。
10.根据权利要求6所述的语音背景噪声的消除装置，其特征在于所述特征值检测单 元为峰值检测单元，用以对所述外部音频电压信号进行峰值检测，以得到反映信号峰值变 化趋势的峰值变化信号，所述乘积信号为峰值变化信号与外部音频电压信号的乘积。
全文摘要
本发明提供一种语音背景噪声的消除方法，包括下述步骤A.对外部音频电压信号进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号；B.将所述电压特征信号与所述外部音频电压信号相乘，以得到乘积；C.将所述乘积信号进行比例放大处理并输出；本发明还提供一种语音背景噪声的消除装置，包括特征值检测单元，用以接收外部音频电压信号并且对接收到的外部音频电压信号进行特征值检测，以得到反映外部音频电压信号变化趋势的电压特征信号并输出；乘法单元，用以将所述电压特征信号与外部音频电压信号作乘法处理，以得到电压特征信号与外部音频电压信号的乘积信号并输出；比例放大单元，用以将乘积信号进行比例放大处理并输出。
文档编号G10L21/02GK101986386SQ20091010907
公开日2011年3月16日 申请日期2009年7月29日 优先权日2009年7月29日
发明者冯卫, 徐坤平, 李海, 杨云 申请人:比亚迪股份有限公司