CN101466056B - 麦克风消噪方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种麦克风消噪方法，包括如下步骤：将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；将所述第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量，将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；将经自适应滤波处理后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号，这样可以大大提高消噪效果。

Description

麦克风消噪方法及装置

技术领域

本发明涉及一种麦克风的消噪方法及装置。

背景技术

近年来移动通信技术已经得到快速发展。消费者越来越多地使用移动通信设备，例如便携式电话、能上网的便携式电话、个人数字助理、手提电脑、膝上型计算机、图形输入卡或能够通过公共或专用通信网络进行通信的其他设备。蜂窝网路的扩展和移动通信方面的技术进步使更多消费者使用移动通信设备。

消费者对移动通讯设备的要求已不仅满足于能够通话，而且要能够提供高质量的通话效果，尤其是移动多媒体技术的发展，移动电话的通话质量更显重要，移动电话的麦克风作为移动电话的语音装置，其设计好坏直接影响通话质量。因此如何提高通话质量，成为业内需积极解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种麦克风消噪方法，同时提供一种麦克风消噪装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种麦克风消噪方法，包括如下步骤：

步骤S11：提供第一全指向麦克风、第二全指向麦克风和自适应滤波器，设置变量第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数初始值均为0；

将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；

步骤S12：将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器；

步骤S13：将所述第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量，延时t2使得第二信号与第三信号能同步；

步骤S14：将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

将经自适应滤波处理后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

步骤S15：将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号，执行步骤S12；

步骤S16：当第一全指向麦克风或第二全指向麦克风不再接收信号时，结束。

优选的，步骤S14包括如下步骤：

步骤S141：如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则执行步骤S142，否则执行步骤S147；

步骤S142：将第一参数置1；

步骤S143：判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数，如果第二参数为1，则执行步骤S144；

步骤S144：将延时后的第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；

步骤S145：将第一消噪信号反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变，执行步骤S15；

步骤S147：将第一参数置0；

步骤S148：判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；

步骤S149：将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；执行步骤S12。

优选的，在步骤S11中，第一全指向麦克风与第二全指向麦克风的距离d为1厘米到4厘米之间。

优选的，在步骤S143中，Δm是0.1；在步骤S148，Δn是0.1。

优选的，在步骤S12中，延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比。

优选的，在步骤S12中，所述增益系数是8到11之间的数值。

本发明还提供了一种麦克风消噪装置，包括：

第一全指向麦克风、第二全指向麦克风，将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；

第一信号处理装置，用于将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器，延时t2使得使第二信号与第三信号同步；

能量统计比较装置，用于将所述第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量；

将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

能量处理装置，将第二信号滤波，并将滤波后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

输出装置，用于将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号。

优选的，所述能量处理装置包括：

第一能量处理装置，用于如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则将第一参数置1；判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；将第一消噪反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变；将第一消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号；

第二能量处理装置，用于如果第三信号短时能量小于第二信号短时能量，则将第一参数置0；判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；将第二消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号。

优选的，第一全指向麦克风与第二全指向麦克风的距离d为1厘米到4厘米之间；延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比；所述增益系数是8到11之间的数值。

优选的，Δm是0.1，Δn是0.1。

附图说明

图1是本发明提供的麦克风的消噪方法流程图；

图2是本发明提供的将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较的流程图；

图3是本发明提供的一个实施方式的电路示意图；

图4是本发明提供的一个实施方式的示意图；

图5a是未采用本发明提供的方法获装置，当噪声源在90度时的语音信号的效果；

图5b是采用本发明提供的方法获装置后，当噪声源在90度时的语音信号的效果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明提供的麦克风的消噪方法为：

步骤S 11：提供第一全指向麦克风、第二全指向麦克风和自适应滤波器，设置变量第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数初始值均为0，即第一参数＝0，第二参数＝0，自适应滤波器的参数＝0；

将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；间距为d为1厘米到4厘米之间；

步骤S12：将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；其中延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比；增益系数为8-11之间的任一值，增益系数为常数。

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器；将第二全指向麦克风接收的信号延时t2是为了使第二信号与第三信号同步；

步骤S13：将所述第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量，延时t2使得第二信号与第三信号能同步；

步骤S14：将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

将经自适应滤波处理后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

步骤S15：将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号，执行步骤S12；

步骤S16：当第一全指向麦克风或第二全指向麦克风不再接收信号时，该过程结束。

参见图2，图2是上述步骤S12的过程：

步骤S141：如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则执行步骤S142，否则执行步骤S147；

步骤S142：将第一参数置1；即第一参数＝1；

步骤S143：判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数，如果第二参数为1，则执行步骤S144；在一个实施例中，Δm＝0.1；

步骤S144：将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；

步骤S145：将第一消噪信号反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变，执行步骤S15；

步骤S147：将第一参数置0；即第一参数＝0；

步骤S148：判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；在一个实施例中，Δn＝0.1；

步骤S149：将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；执行步骤S12。

其中，步骤S145中，自适应滤波器的参数是这样的：

设M＝滤波器长度(M为1-200之间的任意量)，b＝步长参数，b为0.001到1之间的任意值，

假设u(n)是某一时刻输入自适应滤波器的第二信号的值，那么这一时刻自适应滤波器的输入向量U(n)定义为当前值以及之前的M-1个值，U(n)＝[u(n)，u(n-1)，...u(n-M+1)]^T，下一时刻的输入值是u(n+1)，下一时刻的输入向量就是U(n+1)＝[u(n+1)，u(n)，...u(n-M+2)]^T，

定义第二信号经过滤波以后与第三信号d(n)相减的差为e(n)，

定义当前一次的自适应滤波器的参数为

下一次的参数为

$\stackrel{\→}{w}(n+1)=\stackrel{\→}{w}\left(n\right)+b*U\left(n\right)*e\left(n\right)e\left(n\right)=d\left(n\right)-{\stackrel{\→}{w}}^H\left(n\right)*U\left(n\right)$

那么 $\stackrel{\→}{w}(n+1)=\stackrel{\→}{w}\left(n\right)+b*U\left(n\right)*e\left(n\right).$

本发明还提供了一种麦克风消噪装置，参见图3，包括：

第一全指向麦克风、第二全指向麦克风，将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；

第一信号处理装置，用于将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器，延时t2使得使第二信号与第三信号同步；

能量统计比较装置，用于将所述第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量；

将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

能量处理装置，将第二信号进行，并将滤波后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

输出装置，用于将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号。

其中，能量处理装置包括：

第一能量处理装置，用于如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则将第一参数置1；判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；将第一消噪反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变；将第一消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号；

第二能量处理装置，用于如果第三信号短时能量小于第二信号短时能量，则将第一参数置0；判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；将第二消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号。

其中第一全指向麦克风与第二全指向麦克风的距离d为1厘米到4厘米之间；延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比；所述增益系数是8到11之间的数值。

其中，Δm是0.1，Δn是0.1。

参见图5a和图5b，是采用了本发明提供的方法和装置与未采用本发明提供的方法和装置在单频1khz噪声环境下，噪声源在90度的位置上，语音源在0度的位置上不同的消噪结果，可见，采用本发明提供的方法和装置后，取得了良好的消噪效果。

参见图4，假设有一个人在一台运转的发动机旁边打电话。第一全指向麦克风和第二全指向麦克风是安装在话机听筒上，正对着人嘴的方向，而发动机则在另外的方向上。人嘴为信号源人嘴，发动机为噪声源，人有时说话，有时候不说话，而发动机一直运转。

第一全指向麦克风和第二全指向麦克风经过延时、取反。相加、低通滤波之后乘以增益系数后构成一个虚拟的单指向麦克风，该虚拟的单指向麦克风的信号用第三信号来表示。

当只有发动机运转而人不说话的时候，可以视为只有一个噪声源，因为噪声源不是在正向上，所以虚拟的单指向性麦克风接受到的信号的短时能量统计要比全指向性麦克风的能量统计小。这个时候第一参数置0，第二参数递减至0，第一参数置0就允许自适应滤波器的系数更新，不断的使全指向性麦克风的信号滤波的结果逼近虚拟的单指向性麦克风的输出，从而使得两者的信号相互抵消。即使有不能完全抵消的部分存在，也会因为与第二参数相乘的关系而变为0。这个时候整个***的输出为0。

而当人开始说话的时候，虚拟的单指向麦克风和第二全指向麦克风会同时会接收到噪声源与信号源发出的信号，但是由于人嘴是贴近话筒的所以信号的强度远远大于噪声的强度，这个时候虚拟的单指向性麦克风接受到的信号的短时能量统计要大于全指向性麦克风的能量统计。这个时候第一参数置1，第二参数递增至1，第一参数置1就不允许自适应滤波器的系数更新，依然保持之前情况对纯噪声信号做抵消的数值，这个时候全指向性麦克风接受到的噪声的强度与虚拟的单指向性麦克风接受到的噪声的强度的比值没变，依然是之前情况的时候的比值，所以全指向性麦克风接受的信号经过滤波之后与虚拟的单指向性麦克风的信号相减，剩余信号里面噪声信号的成分应该被抑制掉了，而由于此时全指向性麦克风接受到的有用信号的强度与虚拟的单指向性麦克风接受到的有用信号的强度的比值不等同与之前情况两者噪声强度的比值，所以剩余信号里面有用信号的成分不会被抑制掉。所以这个时候***的输出就是消除了噪声的有用信号。

本发明提供的方法是再ADI公司的ADSP-21161板上实现的。第一全指向麦克风放置在前方，第二全指向麦克风放置在后方，其间距2cm。第一全指向麦克风和第二全指向麦克风的信号线直接连接到DSP的模拟信号输入端口，而最后的输出信号从DSP的模拟信号输出端口输出。

本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (10)

1.一种麦克风消噪方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S11：提供第一全指向麦克风、第二全指向麦克风和自适应滤波器，设置变量第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数初始值均为p；

将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；

步骤S12：将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器；

步骤S13：将所述第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量，延时t2使得第二信号与第三信号能同步；

步骤S14：将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

将经自适应滤波处理后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

步骤S15：将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号；

步骤S16：当第一全指向麦克风或第二全指向麦克风不再接收信号时，结束；否则，执行步骤S12。

2.根据权利要求1所述的麦克风消噪方法，其特征在于：步骤S14包括如下步骤：

步骤S141：如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则执行步骤S142，否则执行步骤S147；

步骤S142：将第一参数置1；

步骤S143：判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数，如果第二参数为1，则执行步骤S144；

步骤S144：将延时后的第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；

步骤S145：将第一消噪信号反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变，执行步骤S15；

步骤S147：将第一参数置0；

步骤S148：判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；

步骤S149：将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；执行步骤S12。

3.根据权利要求1所述的麦克风消噪方法，其特征在于：在步骤S11中，第一全指向麦克风与第二全指向麦克风的距离d为1厘米到4厘米之间，p为0。

4.根据权利要求2所述的麦克风消噪方法，其特征在于：在步骤S143中，Δm是0.1；在步骤S148，Δn是0.1。

5.根据权利要求1所述的麦克风消噪方法，其特征在于：在步骤S12中，延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比。

6.根据权利要求1所述的麦克风消噪方法，其特征在于：在步骤S12中，所述增益系数是8到11之间的数值。

7.一种麦克风消噪装置，其特征在于：包括：

第一全指向麦克风、第二全指向麦克风，将第一全指向麦克风和第二全指向麦克风前后放置，其间距为d；

第一信号处理装置，用于将第二全指向麦克风接收的信号延时时间t1后取反，然后与第一全指向麦克风接收的第一信号相加，将相加后的信号低通滤波后乘以增益系数得到第三信号，所述增益系数为常数；

将第二全指向麦克风接收的信号延时t2后作为第二信号输入到自适应滤波器，延时t2使得使第二信号与第三信号同步；

能量统计比较装置，用于将所述第二信号与所述第三信号进行能量统计，得到第二信号短时能量和第三信号短时能量；

将第三信号短时能量与第二信号短时能量进行比较，根据比较的结果得到第一参数、第二参数和自适应滤波器的参数；

能量处理装置，将第二信号滤波并将滤波后的第二信号取反与第三信号相加得到消噪信号；

输出装置，用于将消噪信号与第二参数相乘得到输出信号。

8.根据权利要求7所述的麦克风消噪装置，其特征在于，所述能量处理装置包括：

第一能量处理装置，用于如果第三信号短时能量大于第二信号短时能量，则将第一参数置1；判断第二参数是否为1，如果第二参数不为1，则第二参数＝第二参数+Δm，Δm为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第一消噪信号；将第一消噪反馈给所述自适应滤波器，自适应滤波器的参数改变；将第一消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号；

第二能量处理装置，用于如果第三信号短时能量小于第二信号短时能量，则将第一参数置0；判断第二参数是否为0，如果第二参数不为0，则第二参数＝第二参数-Δn，Δn为0到1之间的任一数；将第二信号经自适应滤波器处理后取反，然后与第三信号相加，得到第二消噪信号；将第二消噪信号与第二参数相乘，得到输出信号。

9.根据权利要求7所述的麦克风消噪装置，其特征在于：第一全指向麦克风与第二全指向麦克风的距离d为1厘米到4厘米之间；延时时间t1与第一全指向麦克风和第二全指向麦克风之间的距离成正比，与声速成反比；所述增益系数是8到11之间的数值。

10.根据权利要求8所述的麦克风消噪装置，其特征在于：Δm是0.1，Δn是0.1。

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