[发明专利]通过组合的波束形成和后滤波的降噪

说明书

技术领域

本发明涉及电子辅助通信环境中的音频信号的降噪技术。具体而言，本发明涉及麦克风信号的波束形成和波束形成的信号的后滤波以获得增强的声学信号，尤其是语音信号。 

背景技术

相互发射和接收音频信号，尤其是语音信号的双方双向语音通信通常遭受背景噪声引起的音频信号的质量的衰减。噪声环境中的背景噪声可能严重影响声音交流的质量和可理解性，且在最坏情况，可能导致通信的完全中断。 

一个突出的示例是交通工具中的免持语音通信。免持电话提供尤其用于机动车辆的舒适和安全的通信系统。在免持电话的情况下，强制抑制噪声以确保通信。例如由于车辆的速度和道路噪声，噪声信号的幅度和频率是随时间变化的。 

在现有技术中，采用谱减法的单通道降噪方法是公知的。例如，语音信号通过某些子带滤波装置被分割成子带，且降噪算法被应用于每一个子带。然而，这些方法(大多数)限制于平稳噪声扰动(stationarynoise perturbation)和正信噪距离(positive signal-to-noise distance)。因为根据这些方法，扰动不能消除，而是抑制了被噪声影响的频谱分量，所以处理的语音信号失真。因而语音信号的可理解性通常不能得到充分改善。 

在远距离谈话语音获取中改善信号质量的另一方法是利用多通道系统，即麦克风阵列，例如，如在“Microphone Arrays：Signal ProcessingTechniques and Applications”，eds.Brandstein，M.and Ward，D.，Springer，Berlin 2001中所描述的麦克风阵列。执行多个麦克风信号的波束形成以获得增强的声学信号。 

当前的多通道系统主要使用所谓的“广义旁瓣相消器”(GSC)， 例如，见“An alternative approach to linearly constrained adaptivebeamforming”，by Griffiths，L.J.and Jim，C.W.，IEEE Transactions onAntennas and Propagation，vol.30.，p.27，1982。GSC包括两个信号处理路径：具有阻塞矩阵和自适应噪声相消装置的第一(或下)自适应路径以及具有固定波束形成器的第二(或上)非自适应路径。 

固定波束形成器例如使用固定波束图案通过用于时间延迟补偿的装置改善预处理的信号。自适应处理方法的特征在于系统操作过程中诸如滤波器系数之类的处理参数的持久自适应。GSC的下信号处理路径被优化以产生用于减去固定波束形成器的输出信号的残余噪声的噪声参考信号。降噪信号处理路径通常包括接收语音信号且用于产生噪声参考信号的阻塞矩阵。在最简单的实现中，阻塞矩阵执行对接收的信号的相邻通道的减法。 

然而，由于用于自适应所需的有限的收敛时间，自适应波束形成器在随时间高度变换的扰动的情况中并不是很成功。另一方面，非平稳扰动在真实生活应用中是极其普遍的。 

因而，需要用于在麦克风信号的波束形成的环境中进行降噪的改进的方法和系统。 

发明内容

鉴于上述情况，在本发明中，提供一种用于音频信号处理的方法，包括： 

通过麦克风阵列检测音频信号，尤其是语音信号，以获得麦克风信号(y_m)； 

通过波束形成装置(11)处理麦克风信号(y_m)以获得波束形成的信号(A)； 

通过阻塞矩阵装置(12)处理麦克风信号(y_m)以获得每个麦克风信号(y_m)的噪声成分(noise contribution)的(频谱)功率密度(U_m)； 

处理每个麦克风信号(y_m)的噪声成分的功率密度(U_m)以从每个麦克风信号(y_m)的噪声成分的功率密度(U_m)获得平均短时功率密度(V)； 

基于从每个麦克风信号(y_m)的噪声成分的功率密度(U_m)获得 的平均短时功率密度(V)，估计波束形成的信号(A)的噪声成分(A_n)的(频谱)功率密度；以及