一种音频信号的降噪处理方法及系统与流程
本发明涉及音频降噪技术领域，尤其涉及的是一种音频信号的降噪处理方法及系统。
背景技术：
随着手持设备的快速普及，用户对于设备的功能以及智能化的要求越来越高，怎么样使手持设备更加智能化，功能更加专业化，多样化，更加高效的使用于日常生活中，已经成为了我们当务之急所要解决的问题。关于通话功能是所有手机的标配，但是通话质量确实各个手机之间都是各不相同，其中涉及的因素有很多。网络的好坏，手机天线的调试以及手机本身的受话器以及麦克风等器件以及内部硬件设计都是影响的因素。目前各个手机厂家都在不断改进这个主要功能的性能。
目前mems麦克风越来越多的使用于手机，鉴于其更高的电气性能，以及更高的音频性能，提升了通话时语音信号的信噪比，降低了失真率，目前有使用两个全指向性麦克风以及对他们的位置进行设计同时利用音频协处理器对进入的环境噪音的计算分析，并且消除不需要的环境噪音，可以进一步提升录音质量的解决方案。
目前大部分是通过beamforming技术来实现在设置一定的角度的范围内对该范围内的声音进行声音信号的增强和消除噪音，将不是在该角度内的声音过滤掉，但由于噪音和回声的无方向性的，也有可能来自说话者的背景环境噪音，对算法来讲鲁棒性会差一些，因为一般都是多麦克降噪，除了识音麦克以外的降噪麦克采集到声音信号，也只能进行压制环境噪音而不能完全消除背景噪音，影响算法性能的另外一个因素是关于麦克风的位置布局要求比较高，麦克风开孔的方向和两个之间的麦克的距离都会严重影响性能。
因此，现有技术有待于进一步的改进。
技术实现要素：
鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种终端麦克风降噪的方法及移动终端，克服现有技术中麦克风降噪对麦克风本身构造要求高的缺陷。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种音频信号的降噪处理方法，适于在带有麦克风设备的智能终端中执行，其中，包括以下步骤：
步骤a、终端的麦克风接收语音信号，将接收到的语音信号形成麦克风阵列后发送至音频数字信号处理器；
步骤b、所述音频数字信号处理器采用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器；
步骤c、所述基带处理器将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器；
步骤d、所述射频接收器将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。
所述的音频信号的降噪处理方法，其中，所述步骤a之前还包括：
步骤a01、对麦克风上电，并发送初始化通知到应用处理器，所述应用处理器加载预存算法至所述音频数字处理器，判断音频数字处理器是否初始化成功，若成功，则执行步骤a，否则执行步骤a02;
步骤a02、返回错误指令到应用处理器，并通过显示界面显示。
所述的终端麦克风降噪的方法，其中，所述步骤a02之后，还包括：
步骤a03、基带处理器识别出新通话，并通过i2c总线发送硬件中断信号到应用处理器；
步骤a04、应用处理器获取所述中断信号，对麦克风阵列进行初始化，以及配置音频参数，并发送中断信号到基带处理器；
步骤05、所述基带处理器通过射频接收器接收所述中断信号，并通过射频放大器将所述中断信号发送出去。
所述的终端麦克风降噪的方法，其中，所述步骤b还包括：
步骤b1、识别出每一路数字信号中含有的特性数据；
步骤b2、将所述特性数据进行盲源分离算法解析，分离出人声信号和背景噪音。
所述的终端麦克风降噪的方法，其中，所述a还包括：
步骤a1、麦克风将接收到的语音信号和/基带处理器将接收到的模拟信号传送到音频信号转化器；
步骤a2、所述音频信号转化器将接收到的模拟信号转化成数字信号，并将所述数字信号传送到音频数字信号处理器。
一种音频信号的降噪处理系统，其中，包括：麦克风、音频数字信号处理器、基带处理器和射频接受器和射频放大器；
所述麦克风，用于接收语音信号，并将接收到的语音信号发送至音频数字信号处理器；
所述音频数字信号处理器，用于采用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器；
所述基带处理器，用于将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器；
所述射频接收器，用于将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。
所述的音频信号的降噪处理系统，其中，所述应用处理器包括：还用于加载预存算法至所述音频数字处理器，判断音频数字处理器是否初始化成功，若成功，则通过麦克风接收语音信号，否则返回错误指令，并通过显示界面显示。
所述的音频信号的降噪处理系统，其中，所述基带处理器，还用于识别出新通话，并通过i2c总线发送硬件中断信号到应用处理器，以及通过射频接收器接收所述中断信号，并通过射频放大器将所述中断信号发送出去；
所述应用处理器，还用于获取所述中断信号，对音频麦克风阵列进行初始化，以及配置音频参数，并发送中断信号到基带处理器。
所述的音频信号的降噪处理系统，其中，所述音频数字信号处理器，还用于识别出每一路数字信号中含有的特性数据，并对所述特性数据进行盲源分离算法解析，分离出人声信号和背景噪音。
所述的音频信号的降噪处理系统，其中，还包括音频信号转化器；
所述音频信号转化器，用于接收麦克风传送的语音信号和基带处理器传送的模拟信号，将所述语音信号和/或模拟信号转化成数字信号，并将所述数字信号传送到音频数字信号处理器。
有益效果，本发明提供了一种音频信号的降噪处理方法及系统，通过终端的麦克风接收语音信号，并将接收到的语音信号通过麦克风阵列处理后，发送至音频数字信号处理器；所述音频数字信号处理器利用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器；所述基带处理器将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器；所述射频接收器将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。本发明所公开的方法及系统，通过麦克风阵列以及结合软件算法，将声音进行捕捉并解析分离出语音信号，不需要多个辅助麦克风来保证环境声音信号能够足够满足算法的解析的要求，所以算法的鲁棒性会非常好，不仅声音质量上比现阶段有更高的提升和从而给用户带来更加清晰而又自然的声音，与现在降噪后的声音对比有着更加质的飞跃和提升。
附图说明
图1是本发明所述的音频信号的降噪处理方法的步骤流程图。
图2是本发明所述方法具体实施例中终端处理初始化的方法的原理示意图。
图3是本发明所述的方法中音频信号的降噪处理的实施例步骤示意图。
图4是本发明所述的音频信号的降噪处理系统的原理结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
目前的语音识别与降噪增强算法仅能够识别和处理混有环境噪声的语音信号，而对于人声作为背景噪声的混叠语音信号就无能为力，本发明主要利用盲源分离算法进行人声部分与噪声部分的分离。由于盲源分离算法不受话音信号基音和谐波等声音特征的影响，在没有目标语音信号的先验信息条件下，通过利用麦克风阵列来模仿人类的耳朵，将采集到的混叠话音信号进行分离，从而提取出我们感兴趣的目标语音。
本发明公开了一种音频信号的降噪处理方法，适于在带有麦克风设备的智能终端中执行，如图1所示，包括以下步骤：
步骤s1、终端的麦克风接收语音信号，将接收到的语音信号形成麦克风阵列后发送至音频数字信号处理器。
终端的麦克风接收语音信号，并将接收到的语音信号发送到音频数字信号处理器，其中，麦克风有2个，均设置在终端的前端。终端可以为平板电脑、手机或者其他智能穿戴终端。
在具体实施例时，发送到音频数字信号处理器的信号不仅仅包含麦克风接收到的外界语音信号，还包括射频接收器接收到的模拟信号。
为了实现麦克风的顺利的发送数字信号到音频数字信号处理，在本步骤之前还包括：
对麦克风上电，并发送初始化通知到应用处理器，所述应用处理器加载预存算法至所述音频数字处理器，判断音频数字处理器是否初始化成功，若成功，则通过麦克风接收语音信号，并将接收到的语音信号形成麦克风阵列后发送至音频数字信号处理器，否则返回错误指令到应用处理器，并通过显示界面显示。
本步骤中首先对麦克风上电，并开始初始化应用处理器，对初始化是否成功进行判断，若初始化失败，则判定当前麦克风或应用处理器不能正常工作，因此返回错误指令到显示界面，为用户进行提醒。
为了保证终端音频硬件上的正常工作，本步骤还包括以下步骤：
基带处理器识别出新通话，并通过i2c总线发送硬件中断信号到应用处理器；
应用处理器获取所述中断信号，对麦克风阵列进行初始化，以及配置音频参数，并发送中断信号到基带处理器；
所述基带处理器通过射频接收器接收所述中断信号，并通过射频放大器将所述中断信号发送出去。
步骤s2、所述音频数字信号处理器采用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器。
本步骤中采用盲源分离算法进行语音信号的解析，上述步骤s1中麦克风接收到的语音信号，经过麦克风阵列处理后，形成一个信号源，对信号源进行采样，识别出每一路数字信号中含有的特性数据，将所述特性数据进行盲源分离算法解析，分离出人声信号和背景噪音。
具体的，本步骤中采用的盲源分离算法为基于峭度的渐进正交化不动点算法。我们可以从某个初始向量w开始，依据可用的样本值z(z为pca白化预处理过的数据)，计算出使
在上式中，对于已pca白化过的数据，有
在每次不动点迭代后，w都要除以其范数以满足相应的约束
最后收敛的向量w以
然后再对
在算法的稳定收敛处，
上述算法原理可以从《学术研究》杂志2011年第1期公开的《多人声混叠语音信号盲源分离算法研究》中找到更为详细的解释。
因此使用上述算法可以将人声部分从接收到的语音信号中分离出来，所述音频数字信号处理器将分离出的人声部分传入基带处理器。
步骤s3、所述基带处理器将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器。
基带处理器接收将音频数字信号处理器发送的数字信号转化成模拟信号，发送到射频接收器。所述基带处理器不仅仅用户信号的转化，还用于控制终端通话模块的通话控制，还用于管理和控制收发传送的时间，以及对对射频接收器和射频放大器进行供电，命令发送和接收，声音信号的发送和接收，将解析后的语音信号进行数字转模拟以及对接收的数字进行模拟转数字操作等。
步骤s4、所述射频接收器将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。
所述射频接收器接收基带处理器发出的模拟信号，将所述模拟信号发送到射频放大器发送到基站，以及射频接收器还用于接收天线接收到的音频信号，并将所述音频信号发送到基带处理器，通过基带处理器发送到音频信号转化器，由音频信号转化器将模拟信号转化成数字信号，从而通过音频数字信号处理器分离中其中的人声部分。
下面以本发明所述的发明具体实施例，为了对本发明所述的方法进行更加详细的说明。
在具体实施例过程中主要包括以下步骤：
结合图2，在开始麦克风采集语音信号之前，还包括：麦克风上电及音频信号处理器等硬件的初始化，若初始化成功，则配置音频通路及音频参数，否则发送错误指令到应用处理器，并通过显示屏提醒初始化错误。
以及，基带处理器识别新通话，并通过总线发送硬件中断信号到应用处理器，所述应用处理器接收到中断信号后，修改系统任务优先级，并将当前任务先挂起，从新进行音频初始化，配置音频通路以及音频参数。
当前音频传输任务中断，基带处理器发送中断信号到天线模块，天线模块发送中断信号到空中基站。
结合图3所示，当麦克风初始化成功后，电话接通，终端开始获取当前通话语音信号，也就是进行录音，并将录音后的语音信号发送到音频数字信号处理器进行算法解析，分离出人声部分，然后将分离出的人声传输到基带处理器，基带处理器将分离出的人声部分数字信号转化成模拟信号发送到射频接收器，射频接收器将信号通过射频放大器发出。
从2个数字麦克风开始接收外部语音信号，包括人声以及噪音（回声，混响以及需要过滤的低频噪音），通过音频信号处理器对接收到的模拟信号转成数字信号，每一路都进行单独采样并输入到音频数字信号处理器结合已经加载好了的盲源分离的基于峭度的渐进正交化不动点算法。由于每个语音信号都有时间域和空间域。每一路信号需要跟算法中提供的数字模型进行比对，辨别出声音的大致方向，位置，响度，背景，品质，远近，音调等大部分的混合特性的数据。由于算法良好性能决定了在对于麦克风声音的捕捉以及位置距离的要求都是很小的。通过上面介绍算法模型将这些数字进行重新建立数字模型建立虚拟的数字空间域和时间域，然后通过数字转模拟控制器进行输出，过麦克风阵列捕捉到的模拟信号通过高精度高采样率的模拟转数字信号处理单元获取到数字信号，并送至数字处理器中，进行算法解析，通过盲源分离算法解析分离出只有人声的基准音频信号，将两部分的数字信号进行混合算法解析，总而过滤分离出背景噪音和人声信号，最终获取更加清晰的人声，并将数字信号通过i2s接口送至基带处理器中。
本发明在公开上述降噪处理方法的基础上，公开了一种音频信号的降噪处理系统，如图4所示，包括：麦克风、音频数字信号处理器、基带处理器和射频接受器和射频放大器；
所述麦克风，用于接收语音信号，并将接收到的语音信号发送至音频数字信号处理器；
所述音频数字信号处理器，用于采用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器；
所述基带处理器，用于将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器；
所述射频接收器，用于将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。
所述应用处理器包括：还用于加载预存算法至所述音频数字处理器，判断音频数字处理器是否初始化成功，若成功，则通过麦克风接收语音信号，否则返回错误指令，并通过显示界面显示。
所述基带处理器，还用于识别出新通话，并通过i2c总线发送硬件中断信号到应用处理器，以及通过射频接收器接收所述中断信号，并通过射频放大器将所述中断信号发送出去；
所述应用处理器，还用于获取所述中断信号，对音频麦克风阵列进行初始化，以及配置音频参数，并发送中断信号到基带处理器。
所述音频数字信号处理器，还用于识别出每一路数字信号中含有的特性数据，并对所述特性数据进行盲源分离算法解析，分离出人声信号和背景噪音。
所述的音频信号的降噪处理系统，还包括音频信号转化器；
所述音频信号转化器，用于接收麦克风传送的语音信号和基带处理器传送的模拟信号，将所述语音信号和/或模拟信号转化成数字信号，并将所述数字信号传送到音频数字信号处理器。
有益效果，本发明提供了一种音频信号的降噪处理方法及系统，通过终端的麦克风接收语音信号，并将接收到的语音信号通过麦克风阵列处理后，发送至音频数字信号处理器；所述音频数字信号处理器利用盲源分离算法对接收到的语音信号进行解析，分离出其中含有的人声部分，并将分离出的仅仅含有人声部分的基准音频数字信号发送到基带处理器；所述基带处理器将所述基准音频数字信号转化成模拟信号，并将所述模拟信号发送到射频接收器；所述射频接收器将接收到的模拟信号通过射频放大器发出。本发明所公开的方法及系统，通过麦克风阵列以及结合软件算法，将声音进行捕捉并解析分离出语音信号，不需要多个辅助麦克风来保证环境声音信号能够足够满足算法的解析的要求，所以算法的鲁棒性会非常好，不仅声音质量上比现阶段有更高的提升和从而给用户带来更加清晰而又自然的声音，与现在降噪后的声音对比有着更加质的飞跃和提升。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
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