一种远程音频系统降噪声方法技术方案

本发明专利技术提供一种远程音频系统降噪声方法，该方法针对现有技术方案采用的降噪方法性能与资源需求(主要是运算量和存储空间)之间的矛盾问题，本发明专利技术将使用多阈值小波包分解降噪算法，对小波包树的叶子结点进行排序，不同的叶子结点采用不同的阈值估计算法，实现远程会议系统的语音降噪，运算量和存储空间适中，能在DSP芯片中实现。在DSP芯片中实现。在DSP芯片中实现。

【技术实现步骤摘要】
一种远程音频系统降噪声方法


[0001]本专利技术涉及音频处理
，更具体地，涉及一种远程音频系统降噪声方 法。

技术介绍

[0002]远程会议系统应用广泛，特别是新冠疫情发生后，政府机关、企事业单位经 常通过远程会议系统进行信息交流。远程会议系统的音频部分一般包括话筒、音 频处理设备、功率放大器和音箱，主要用于播放人声，希望能有较高的语言清晰 度。音频信号涉及的环节较多，各个环节都可能带来一些噪声。为使会议系统有 较高的语言清晰度，常需要对话筒采集到的信号进行降噪处理。
[0003]最小均方误差法。Ephraim和Trees提出了基于信号子空间分解的噪声消除方法， 其基本思想是将带噪声音信号映射到信号子空间和噪声子空间；然后去除噪声子 空间来实现噪声消除，并且利用最优约束估计器估计声音特征来实现声音增强。 这种方法既能对噪声起到很好的抑制作用，且造成的失真也很小，因此得到了快 速的发展。但是这类方法运算复杂度较高，需要花费较大的计算力。 90年代末至今，数字信号处理的飞速发展为噪声消除技术研究带来新一轮的热 潮，各种对原有算法改进形式和新算法相继出现。例如：基于统计模型的声音增 强算法、利用神经网络实现噪声消除的算法，近年来听觉掩蔽效应也逐渐成为研 究热点。但降噪算法性能与资源需求(主要是运算量和存储空间)经常是矛盾的， 例如经典谱减法所需资源少，但降噪效果较差。采用神经网络实现噪声消除的算 法能取得令人满意的降噪效果，但所需资源较多。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种远程音频系统降噪声方法，该方法将使用多阈值小波包分解 降噪算法，对小波包树的叶子结点进行排序，不同的叶子结点采用不同的阈值估 计算法，实现远程会议系统的语音降噪。
[0005]为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种远程音频系统降噪声方法，包括以下步骤：
[0007]S1：找出音箱频响曲线的上下限截止频率，根据上下限截止频率设计低通和 高通滤波器，将信号频率限制在上下限截止频率之间，实现音箱与功率放大器之 间的频响曲线匹配；
[0008]S2：将远程音频系统声学频响曲线调平坦，对900
‑
1100Hz频带提升1.414 倍，对200Hz以下的频带每倍频程衰减6Db，实现对声音信号的音色均衡；
[0009]S3：对信号增加高频谐波成分，提升声音亮度。
[0010]进一步地，所述步骤S1的具体过程是：
[0011]S11：输入话筒接收到的声音信号f(k)，设长度为N；
[0012]S12：选择小波基函数：采用具有4阶消失矩的db4小波；
[0013]S13：对信号f(k)进行层数分解：
[0014][0015]S14：对信号f(k)进行J层小波分解，取出其中的J个小波系数，约定符 号w
j,k
表示第j层第k个小波系数，符号wp
j,k
表示第j层第k个小波包系数；
[0016]S15：使用各层小波系数计算标准方差σ，其中median()表示取给定数值的 中值：
[0017][0018]S16：统一阈值估计
[0019]进一步地，所述步骤S2的具体过程是：
[0020]S21：极大极小阈值估计：
[0021]S22：SURE阈值估计，设小波包系数的序列平方的排序为： 定义一个风险向量，记做： R＝[r1,r2,...,r
i
]，i＝1,2,
…
,N；
[0022]其中设其最小值为r
min
，求得其对应的阈 值为：
[0023]S23：根据小波系数大小自适应调整的阈值函数：
[0024][0025]阈值函数给出信号的每个小波系数或小波包系数序列的每个点进行阈值化 处理的方法，当使用阈值估计算法得到序列的阈值后，对序列的每个点均进行判 断，当其小于阈值λ时，将其当做噪声系数，直接清零，而当其大于等于阈值λ 时，则能够通过函数计算出此时阈值化后该序列的值；
[0026]S24：对长度为N的信号f(k)进行5层小波包分解，各频带系数的获取通 过获取小波包树的叶子结点系数；
[0027]S25：求解各小波包树叶子结点系数序列的能量，公式如下：E
j,k
＝∑|wp
j,k
|2；
[0028]S26：结点根据能量进行排序，选取其中能量最低的k个结点当做噪声结点 Node
noise
，求其能量之和，记做E
noise
。
[0029]进一步地，所述步骤S3的具体过程是：
[0030]S31：将结点按照能量分类，大于E
noise
的结点记做信号结点Node
signal
，小于 E
noise
的记做过渡结点Node
transit
，除了结点能量较低的1/4个结点被当做噪声结点 以外，1/2个归类为过渡结点，1/4个被归为信号结点；
[0031]S32：对噪声结点使用下式计算标准方差σ：
[0032][0033]S33：根据步骤S16进行阈值估计；
[0034]S34：根据步骤S21对过渡结点进行阈值估计；
[0035]S35：根据步骤S22对信号结点进行阈值估计；
[0036]S36：利用估计得到的阈值对各结点进行阈值化处理，得到处理后的小波包 系数与索引值；
[0037]S37：利用索引值进行小波包重构，得到处理后的信号。
[0038]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
[0039]本专利技术针对现有技术方案采用的降噪方法性能与资源需求(主要是运算量和 存储空间)之间的矛盾问题，本专利技术将使用多阈值小波包分解降噪算法，对小波 包树的叶子结点进行排序，不同的叶子结点采用不同的阈值估计算法，实现远程 会议系统的语音降噪，运算量和存储空间适中，能在DSP芯片中实现。
附图说明
[0040]图1为本专利技术方法流程图。
具体实施方式
[0041]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0042]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实 际产品的尺寸；
[0043]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理 解的。
[0044]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0045]如图1所示，一种远程音频系统降噪声方法，包括依稀按步骤：
[0046]S1：找出音箱频响曲线的上下限截止频率，根据上下限截止频率设计低通和 高通滤波器，将信号频率限制在上下限截止频率之间，实现音箱与功率放大器之 间的频响曲线匹配(对应步骤1
‑
6)；
[0047]S2：将会议系统声学频响曲线调平坦，对900
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远程音频系统降噪声方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：找出音箱频响曲线的上下限截止频率，根据上下限截止频率设计低通和高通滤波器，将信号频率限制在上下限截止频率之间，实现音箱与功率放大器之间的频响曲线匹配；S2：将远程音频系统声学频响曲线调平坦，对900
‑
1100Hz频带提升1.414倍，对200Hz以下的频带每倍频程衰减6Db，实现对声音信号的音色均衡；S3：对信号增加高频谐波成分，提升声音亮度。2.根据权利要求1所述的远程音频系统降噪声方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是：S11：输入话筒接收到的声音信号f(k)，设长度为N；S12：选择小波基函数；S13：对信号f(k)进行层数分解：S14：对信号f(k)进行J层小波分解，取出其中的J个小波系数，约定符号w
j,k
表示第j层第k个小波系数，符号wp
j,k
表示第j层第k个小波包系数；S15：使用各层小波系数计算标准方差σ，其中median()表示取给定数值的中值：S16：统一阈值估计3.根据权利要求2所述的远程音频系统降噪声方法，其特征在于，选择小波基函数：采用具有4阶消失矩的db4小波。4.根据权利要求3所述的远程音频系统降噪声方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程是：S21：极大极小阈值估计：S22：SURE阈值估计，设小波包系数的序列平方的排序为：W
n2
＝[W
12
,W
22
,...,W
N2
],W
12
≤W
22
≤...≤W
N2
，定义一个风险向量，记做：R＝[r1,r2,...,r
i
]，i＝1,2,
…
,N；其中设其最小值为r

【专利技术属性】
技术研发人员：徐永键，严荣昌，母乾付，江欣强，黄建雄，
申请(专利权)人：广州市花都区新一代信息技术创新中心，
类型：发明
国别省市：