CN103310796B - 语音信号提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了语音信号提取方法，该方法根据设定噪音及语音频率范围，对采集到的环境声音信号进行频响分析，从中分离出噪音信号及语音信号；根据噪音信号相位，对噪音信号进行反相抑制，获取残留语音信号；根据所述语音信号及残留语音信号，获取当前语音信号。本发明实现了在嘈杂环境中分离出噪声信号和语音信号，并且可以降低噪声信号，实现了从环境声音信号中提取出语音信号，将该语音信号应用于人工听觉装置用户，从而提高了人工听觉装置用户在嘈杂环境中进行语言交流的能力。
Description
技术领域
本发明涉及语音信号处理领域，特别涉及语音信号提取方法。
背景技术
人工听觉装置（如助听器、人工电子耳蜗等）的应用越来越多，这些人工听觉装置在安静或相对安静的环境中提高了听觉障碍者的听觉语言交流能力，带给用户极大的帮助。但是现有的人工听觉装置仍存在着问题。例如，在人多的嘈杂环境中，用户无法提取有效信息并进行交流，例如餐厅、学校、会场等，由于背景噪声成分多为语言声，人工听觉装置很难提取交流对象的语音信息，因此在这种环境下会发生语言交流困难。
发明内容
本发明的目的是要提供一种语音信号提取方法，提高用户在嘈杂环境中的语言交流能力。
根据本发明的一个方面，提供了一种语音信号提取方法，包括，
根据设定噪音及语音频率范围，对采集的环境声音信号进行频响分析，从中分离出噪音信号及语音信号；
根据噪音信号相位，对噪音信号进行反相抑制，获取残留语音信号；
根据所述语音信号及残留语音信号，获取当前语音信号。
在一些实施方式中，在进行频响分析的步骤前还可以通过多方向声音采集装置对环境声音进行采集，获取环境声音信号。由于多方向声音采集装置可以从多个方向接收声音信号，因此可以实现对环境声音信号的全面采集效果。
在一些实施方式中，多方向声音采集装置可以为指向性采集装置。由于采用指向性采集装置使得不同麦克风可以从不同指向方向采集环境声音信号，因此可以实现在嘈杂环境中区分出噪声信号和语音信号，同时还可以实现采集环境声音信号的全面性和精确性。同时，通过指向性采集装置还可以采集到规则的声音信号，便于声音信号处理，提高了声音信号处理速度。
在一些实施方式中，指向性采集装置可以包括多面壳体、麦克风及信号处理器，多面壳体的每个面上可以安装指向性管道，麦克风可以设置于指向性管道中，麦克风的输出端可以与信号处理器的输入端连接。由于指向性管道的设置，因此可以实现从多个方向接收环境声音信号，包括噪声和语音以及其它偶发性的声音，提高了采集声音信号的全面性和精确性。由于麦克风设置于指向性管道中，像餐厅、酒会、会场、教室等环境噪声来自四面八方，每个麦克风所接受的噪声频谱和声强一样，而语音信号通常来自于语言交流中的语音发出方向，则不同的麦克风所接收的语音信号不同，指向语音发出方向的麦克风接收信号声强较大，而背向或其它方向的语音信号的声强较弱。在一定时间段内，噪声声强和频率基本一致，变化不大，而交流的语音信号的声强和音调具有一定的节奏变化，而其它偶发性的声音没有节奏变化的特征。在嘈杂的环境中，噪声源通常相比语音信号源的距离较远，语音的特征不会被背景噪声完全覆盖，因此就可以根据噪声与语音的特征准确地将它们分离。由于麦克风与信号处理器相连接，因此麦克风采集到的声音信号可以通过信号处理器进行信号处理。
在一些实施方式中，信号处理器可以是DSP处理器，由于DSP处理器的作用，因此可以实现声音的数字信号处理。
在一些实施方式中，指向性管道可以包括采集锥孔，采集锥孔末端部可以设有采集腔，麦克风的采集端位于采集腔内。由于采集锥孔开口较大，可以使声音从四面八方汇聚于锥孔内，因此有利于麦克风的采集端对声音进行采集。
在一些实施方式中，指向性管道的内壁上可以附着软性涂层。由于软性涂层的构造，因此可以降低管道内声反射，提高了声音传输效率。
本发明的有益效果在于：由于对噪声信号反相抑制，降低噪声，获取残留语音信号，根据分离出的语音信号和残留语音信号，因此可以实现从环境声音信号中提取出当前语音信号的技术效果。
附图说明
图1为本发明的一实施方式的语音信号提取方法的步骤示意图。
图2为图1所示指向性采集装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的语音信号提取方法。如图1所示，该方法的步骤如下：
步骤S101：通过多方向声音采集装置对环境声音进行采集，获取环境声音信号。多方向声音采集装置为指向性采集装置，如图2所示，指向性采集装置包括正方体壳体1，壳体1的每个面内置四个指向性管道2，指向性管道2的内壁附有软性光滑涂层。每个指向性管道2包括采集锥孔21和采集腔22，采集锥孔21末端部设有采集腔22，麦克风3的采集端位于采集腔22内。壳体1的每个面上均安装有信号处理器，麦克风3的输出端与信号处理器的输入端连接。信号处理器为DSP处理器4，采用TI公司的PCM4204芯片。指向性采集装置通过指向性管道2采集环境声音信号，指向性管道2为外界声源的接收通道，该接收通道具有不同的指向，使得外界声源从各个方向输入到指向性管道2，并传输给各个麦克风3来采集环境声音信号。
步骤S102：将采集到的环境声音信号经过A/D转换，将声音信号转换为数字信号，并由DSP处理器和具有数值分析功能的嵌入式软件根据正常人交流的可听范围125Hz～8000Hz、正常人交流的语音频响范围350Hz～5000Hz、听觉障碍者可交流的语音频响范围500Hz～2500Hz的频率范围进行判断，通过如下频响分析过程分离出噪声信号和语音信号：将恒定于频响范围63Hz～8000Hz内且声强相同的声音分离信号，进行数值分析，分离为噪声信号，将频响范围125Hz～8000Hz或350Hz～5000Hz或500Hz～2500Hz内且具有频响连续变化特征的声音信号，进行数值分析，分离为语音信号。
步骤S103：将噪声信号通过傅里叶转换和反相调制算法进行调制，并与输入噪声叠加，从而降低噪声，获得残留语音信号，从而从分离出的语音信号和残留的语音信号中提取出当前语音信号。
提取出的当前语音信号通过无线传输方式供助听器用户使用，从而提高用户在嘈杂环境中的语言交流能力。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。
Claims (5)
1.语音信号提取方法，其特征在于，包括步骤为：
通过多方向声音采集装置对环境声音进行采集，获取环境声音信号，其中，多方向声音采集装置为指向性采集装置；
根据已设定的噪声信号及语音信号的频响范围，对采集的环境声音信号进行频响分析，从中分离出噪声信号及语音信号；
根据分离出的噪声信号相位，对该噪声信号进行反相抑制，获取残留语音信号；
根据所述语音信号及残留语音信号，获取当前语音信号。
2.根据权利要求1所述的语音信号提取方法，其特征在于，所述指向性采集装置包括：多面壳体、麦克风及信号处理器；所述多面壳体的每个面上安装指向性管道，所述麦克风设置于所述指向性管道中，所述麦克风的输出端与所述信号处理器的输入端连接。
3.根据权利要求2所述的语音信号提取方法，其特征在于，所述语音信号处理器为DSP处理器。
4.根据权利要求2所述的语音信号提取方法，其特征在于，所述指向性管道包括采集锥孔，所述采集锥孔末端部设有采集腔，所述麦克风的采集端位于采集腔内。
5.根据权利要求2或4所述的语音信号提取方法，其特征在于，所述指向性管道的内壁上还附着软性涂层。
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