一种动态噪音消除方法及数字滤波器技术

本发明专利技术公开了一种动态噪音消除方法和一种数字滤波器。本发明专利技术方法包括：Ａ、对时域抽样声音信号加窗，并采用傅立叶变换将窗内离散时域信号转换为频域数字信号；Ｂ、对转换后的频域数字信号进行能量衰减处理；Ｃ、将进行能量衰减处理后的频域数字信号采用傅立叶逆变换转换为时域离散信号后，再还原出声音信号。本发明专利技术提供的数字滤波器包括：模／数转换单元、加窗处理单元、时域频域转换单元、信号噪音处理单元、频域时域转换单元、数／模转换单元。本发明专利技术可以实现在进行噪音处理的同时，保证语音的音量，提高用户感受。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信领域，尤其涉及一种基于IP协议的语音信号动态噪音消除方法以及相应的数字滤波器。
技术介绍
语音是气流从肺部通过声门的激励而产生的，频率主要在300Hz到3400Hz之间，且700Hz到2000Hz间尤为集中。噪音产生的机理复杂，形式多样，主要分为背景噪音、设备器件产生的噪音以及音频信号的模拟信号/数字信号(A/D)转换时引入的噪音。背景噪音由周围环境产生，如机房的机器轰鸣声，室外公路的汽车鸣笛声，雨天的雨滴声等等。设备器件产生的噪音是由于器件自身的原因，通常是不可避免的，如50Hz(或60Hz)电源就是很大的噪音源，另外，声卡器件、麦克风都可能产生噪音。A/D转换引入噪音是在将连续的声波模拟信号通过采样变成离散的数字信号，对数字信号进行量化时会由于精度的损失而产生噪音。常见的语音采样率有8KHz和16KHz两种，前一种把4KHz以下的噪音一起采集下来，而后一种则把8KHz以下的噪音一起采集。从频谱特性看，噪音的频率可以贯穿人的听觉范围(20Hz--20000Hz)，而从能量的角度看，主要分布在低频部分。用PC机进行语音采集时往往出现参杂各种各样的噪音，使得语音不清晰，甚至被覆盖的情况。为了降低噪音的影响，提高语音质量，可以通过采取一定的措施如选用更好的录音设备，提供更好的隔音环境。然而，改用好的录音设备意味更高的成本投入，日常生活很难找到好的隔音环境。通过数字信号处理的手段来降低噪音的影响显出很大的优势。目前，VOIP(Voice over IP，基于IP的语音呼叫)领域中常采用自动控制麦克风音量的技术减少噪音的影响。其基本原理是动态分析音频流中噪音的短时平均能量，如果能量较高，则自动降低麦克风采集音量。这种技术确实能减少噪音对听觉的影响，然而，它同时降低了话音的音量，导致有些情况下话音无法听清。
技术实现思路
本专利技术提供一种动态噪音消除方法及其应用数字滤波器，用以解决现有技术中在消除动态噪音时受环境条件限制或不能保证语音音量不受影响的问题。本专利技术提供的动态噪音消除方法，包括A、对时域抽样声音信号加窗，并采用傅立叶变换将窗内离散时域信号转换为频域数字信号；B、对转换后的频域数字信号进行能量衰减处理；C、将进行能量衰减处理后的频域数字信号采用傅立叶逆变换转换为时域离散信号后，再还原出声音信号。根据本专利技术的上述方法，所述傅立叶变换为快速傅立叶变换；所述傅立叶逆变换为快速傅立叶逆变换。根据本专利技术的上述方法，所述步骤C之前还包括对能量衰减处理后的频域数字信号进行窗函数运算处理的步骤。根据本专利技术的上述方法，所述窗函数为汉明窗函数。根据本专利技术的上述方法，所述步骤B包括对语音信号频段的信号能量衰减0dB；对接近语音信号频率的低频信号和高频信号能量按线性关系进行衰减；对其余频率的信号能量衰减一设定的大于0的能量值。根据本专利技术的上述方法，按信号频率从低到高设置第一频率、第二频率、第三频率和第四频率；所述第二频率为语音信号低频频率，所述第三频率为语音信号高频频率；将信号频率大于所述第二频率且小于所述第三频率的信号能量衰减0dB； 将信号频率大于等于所述第一频率且小于等于所述第二频率，以及信号频率大于等于所述第三频率且小于等于所述第四频率的信号能量按线性关系衰减；将信号频率小于所述第一频率和大于所述第四频率的信号能量衰减一设定的大于0的能量值。根据本专利技术的上述方法，所述第一频率为300Hz，第二频率为700Hz，第三频率为2000Hz，第四频率为3400Hz。根据本专利技术的上述方法，所述步骤A中，窗的大小为256或512。本专利技术另提供一种数字滤波器，包括模/数转换单元将时域模拟声音信号转换为时域离散数字信号；加窗处理单元将模/数转换单元转换后的时域离散数字信号进行加窗处理；时域频域转换单元将窗内离散时域数字信号采用傅立叶变换转换为频域数字信号；信号噪音处理单元在频域对数字信号进行能量衰减处理；频域时域转换单元将进行能量衰减处理后的频域数字信号采用傅立叶逆变换还原为时域数字信号；数/模转换单元将时域数字信号转换为时域模拟信号并输出。根据本专利技术的上述装置，还包括有窗函数运算单元，连接于所述信号噪音处理单元和频域时域转换单元之间，将进行能量衰减处理后的频域数字信号进行窗函数运算后，再输出给所述频域时域转换单元。根据本专利技术的上述装置，按信号频率从低到高设置有第一频率、第二频率、第三频率和第四频率；所述第二频率为语音信号低频频率，所述第三频率为语音信号高频频率；所述信号噪音处理单元包括第一单元和第二单元；所述第一单元对信号频率小于第一频率和大于第四频率的信号能量衰减一设定的大于0的能量值； 所述第二单元对信号频率大于等于所述第一频率且小于等于所述第二频率，以及信号频率大于等于所述第三频率且小于等于所述第四频率的信号能量按线性衰减。根据本专利技术的上述装置，所述第一频率为300Hz，第二频率为700Hz，第三频率为2000Hz，第四频率为3400Hz。根据本专利技术的上述装置，所述窗函数为汉明窗函数。本专利技术的有益效果如下(1)本专利技术在对动态噪音信号进行处理时，只衰减低频信号的能量和高频信号的能量，尽可能保留语音信号频率范围内的信号能量，从而实现在进行噪音处理的同时，保证语音的音量不受影响。(2)本专利技术将语音信号按频率从低到高进行分段处理，对于频率较低的信号和频率较高的信号直接衰减一定量的信号能量或按线性关系衰减，实现简单。(3)本专利技术对语音频率最集中的中间频段不作信号能量衰减处理，保证语音音量不被降低，提高语音信号处理质量。附图说明图1为本专利技术动态噪音消除方法的流程图；图2为本专利技术实施例中信号频率范围的示意图；图3为本专利技术数字滤波器的结构示意图。具体实施例方式参见图1，为本专利技术的动态噪音消除方法的流程图，具体包括1、对声音模拟信号采样后的时域离散信号进行加窗处理，即将时域上的连续若干个信号划分成组，以便实现语音信号从时域离散信号到频域数字信号的转换。窗中包含的数据越多，频谱分析就越精确，同时复杂度、延时也会越大。通常，应用于VOIP领域时，窗大小(包含的数据量)为256或者512。2、采用快速傅立叶算法，将加窗后的时域离散信号sn时域转换为频域数字信号sn频域。频域数字信号的数量跟窗大小相同。例如，若窗的大小为256，则每窗时域离散信号被转换为256个频域数字信号；若窗的大小为512，则每窗时域离散信号被转换为512个频域数字信号。频域数字信号的频宽Hw跟窗大小与采样率有关，频宽的计算公式为Hw=Hsr/2N]]>其中，Hsr是采样率，N是窗大小。常见的语音采样率有8KHz和16KHz两种。例如，当采样率为8KHz，窗的大小为256时，频宽Hw为15.625Hz；同样的采样率，而窗的大小为512时，频宽Hw为7.8125Hz。当采样率为16KHz，窗的大小为256时，频宽Hw为31.25Hz；同样的采样率，而窗的大小为512时，频宽Hw为15.625Hz。3、衰减低频和高频信号的能量。如图2所示，频率值f1、f2、f3、f4将信号频率划分为5个区域，频率低于f2(含f2)的信号为低频信号，频率高于f3(含f3)的信号为高频信号。f1将低频信号区域划分为2个区域，f4将高频信号区域划分为2个区域。上述划分的区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态噪音消除方法，其特征在于包括：Ａ、对时域抽样声音信号加窗，并采用傅立叶变换将窗内离散时域信号转换为频域数字信号；Ｂ、对转换后的频域数字信号进行能量衰减处理；Ｃ、将进行能量衰减处理后的频域数字信号采用傅立叶逆变 换转换为时域离散信号后，再还原出声音信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施健标，杨劲松，傅群，焉勇，
申请(专利权)人：北京中星微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]