风噪声消除系统及其消除方法与流程

本发明涉及一种消除系统及其消除方法，具体地，涉及一种风噪声消除系统及其消除方法。

背景技术：

风噪声是影响户外语音通讯质量的最大干扰源之一。一般类型的噪声如白噪声、机械噪声等对语音通讯的影响主要体现在降低语音的质量，而风噪声除了降低语音质量还可能会阻塞通话麦克风正常的采集声音信号，形成所谓的“风阻”效应，因此其对语音通讯的干扰尤甚。

目前为防止风噪声干扰，通常的做法是在通话麦克风的外面罩上一层布网或泡沫塑料网，如此可以一定程度上降低“风阻”效应。但是，这种措施无法消除随说话人语音一起被麦克风采集到的风噪声，因此对改善通讯质量的效果不大。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种风噪声消除系统及其消除方法，其适用于户外语音通讯的风噪声消除系统，可显著改善户外语音通讯质量。

根据本发明的一个方面，提供一种风噪声消除系统，包括：

电容式麦克风，设有场效应管、电容、驻极体薄膜等，用于将声音信号转化为电信号；

模数转换器，用于将电容式麦克风产生的电信号转换为数字信号；

音频信号处理芯片，存储有风噪声消除算法，用于处理模数转换器产生的数字信号并输出一个语言增强信号；

数模转换器，接收音频信号处理芯片产生的语言增强信号并转换为模拟信号；

功率放大器，在给定失真率条件下，产生最大功率输出以驱动负载；

电容式麦克风、模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器依次连接。

优选地，所述模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器安装在一块电路板上。

优选地，所述电容式麦克风的输入端面固定安装了一层金属网。

优选地，所述音频信号处理芯片内置风噪声消除算法。

优选地，所述音频信号处理芯片包括：

i²c总线，是一种高性能芯片间同步传输总线，用于芯片间的双向同步数据传输；

输入矩阵，用于接收模数转换器输出的音频数字信号并进行第一次信号处理；

相移模块，用于控制音频数字信号的移相大小；

低通滤波器，用于数字信号的滤波；

优选地，所述功率放大器包括：

前置放大器，起匹配作用，可以将前面的信号大部分吸收过去，输出阻抗低，可以将信号大部分传送出去，它本身又是一种电流放大器，将输入的电压信号转化成电流信号，并给予适当的放大；

驱动放大器，起桥梁作用，它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大，将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作。

本发明还提供一种风噪声消除系统的消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，计算频谱，定义电容式麦克风的输入信号为s(n)，对s(n)做快速傅立叶变换得到信号的频谱为s(w)；

步骤二，提取低频能量特征值，假设频谱s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的频点为sk(w)，定义信号的低频特征值为如下式：

步骤三，计算衰减系数，计算公式如下式：

步骤四，输出增强语音，增强语音频谱为如下式：

步骤五，对s'(w)做反傅立叶变换得到增强语音信号

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明适用于户外语音通讯的风噪声消除系统，可显著改善户外语音通讯质量。本发明在电容式麦克风端面罩上一层细密的金属网以克服“风阻”效应，同时对电容式麦克风采集到的信号进行后处理，消除其中的风噪声成分，再将增强后的语音信号输出，以此达到提高户外语音通信质量的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明风噪声消除系统的原理框图。

图2为被风噪声污染的语音波形图。

图3为被风噪声污染的语音语谱图。

图4为经风噪声消除后的语音波形图。

图5为经风噪声消除后的语音语谱图。

图6为音频信号处理芯片的组成示意图。

图7为功率放大器的组成示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明风噪声消除系统包括电容式麦克风、模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器，电容式麦克风、模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器依次连接。模数转换器、音频信号处理芯片、数模转换器可以安装在一块电路板上。其中：

电容式麦克风，设有场效应管、电容、驻极体薄膜等，用于将声音信号转化为电信号；

模数转换器，用于将电容式麦克风产生的电信号转换为数字信号；

音频信号处理芯片，存储有风噪声消除算法，用于处理模数转换器产生的数字信号并输出一个语言增强信号；

数模转换器，接收音频信号处理芯片产生的语言增强信号并转换为模拟信号；

功率放大器，在给定失真率条件下，产生最大功率输出以驱动负载。

图6为上述音频信号处理芯片的组成示意图。如图6所示，所述音频信号处理芯片主要包括i²c总线、输入矩阵、相移模块、低通滤波器、功率放大器，其中：

i²c总线，是一种高性能芯片间同步传输总线，用于芯片间的双向同步数据传输；

输入矩阵，用于接收模数转换器输出的音频数字信号并进行第一次信号处理；

相移模块，用于控制音频数字信号的移相大小；

低通滤波器，用于数字信号的滤波；

图7为上述功率放大器的组成示意图。如图7所示，所述音频信号处理芯片主要包括前置放大器、驱动放大器、末级功率放大器，其中：

前置放大器，起匹配作用，可以将前面的信号大部分吸收过去，输出阻抗低，可以将信号大部分传送出去，它本身又是一种电流放大器，将输入的电压信号转化成电流信号，并给予适当的放大；

驱动放大器，起桥梁作用，它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大，将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作；

末级功率放大器，用于将驱动放大器送来的电流信号形成大功率信号。

本发明还提供一种风噪声消除系统的消除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，计算频谱，定义电容式麦克风的输入信号为s(n)，对s(n)做快速傅立叶变换得到信号的频谱为s(w)；

步骤二，提取低频能量特征值，假设频谱s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的频点为sk(w)，定义信号的低频特征值为如下式：

步骤三，计算衰减系数，计算公式如下式：

步骤四，输出增强语音，增强语音频谱为如下式：

步骤五，对s'(w)做反傅立叶变换得到增强语音信号

为使本发明更具实用性，系统采用目前最常用的电容式麦克风作为语音的输入端，在麦克风罩网的材料选择上，经过实际测试证明，采用细密的金属网比布网或泡沫塑料网对于克服“风阻”效应的效果更好，因此系统在电容式麦克风的输入端面固定安装了一层金属网。

电容式麦克风在采集到混杂了风噪声的语音信号以后，将其传递给内置风噪声消除算法的音频信号处理芯片，经其处理后得到语音增强信号再输出给语音接收端。

考虑到户外语音通讯对设备的便携性和轻便性的要求，电路板的体积显然不宜过大，同时采用电池供电的情况下整个电路的功耗也不宜过高，因此风噪声处理算法的算法复杂度和运算量同样不宜过大。

综合以上因素，本发明风噪声消除系统的消除方法包括以下步骤：

步骤一，计算频谱，定义电容式麦克风的输入信号为s(n)，对s(n)做快速傅立叶变换得到信号的频谱为s(w)。

步骤二，提取低频能量特征值，假设频谱s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的频点为sk(w)，定义信号的低频特征值为如下式(1)：

步骤三，计算衰减系数，计算公式如下式(2)：

步骤四，输出增强语音，增强语音频谱为如下式(3)：

步骤五，对s'(w)做反傅立叶变换得到增强语音信号

系统的风噪声消除实验效果见图2至图5。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。