信号处理设备、信号处理方法及信号处理程序的制作方法

专利名称：信号处理设备、信号处理方法及信号处理程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术，其用于通过抑制带噪语音信号中的第二信号来强调第
一信号。
背景技术：
关于带噪语音信号(其中第二信号叠加于第一信号之上的信号)，存在众所周知的噪声抑制技术用于抑制带噪语音信号中含有的第二信号并且输出经强调的信号(通过强调第一信号而产生的信号)。噪声抑制器是用于抑制叠加在期望音频信号上的噪声的系统。此类噪声抑制器用于诸如移动电话的各种音频终端。关于此类技术，专利文献(PTL) I公开了通过将输入信号乘以谱增益来抑制噪声的方法，其中每个谱增益具有小于“I”的值。PTL2公开了通过从带噪语音信号中直接减去估计的噪声来抑制噪声的方法。引f列表专利文献PTL I日本专利第4282227号PTL 2日本专利申请公开第1996-221092号

发明内容
技术问题然而，存在的问题在于，作为使用PTL I中所公开的方法来抑制噪声的结果，输出信号有时变得小于背景声音，从而使输出信号听上去让收听者感到不自然。该问题在离散噪声被去除时变得更加显著。这是因为，虽然因抑制噪声而产生的输出信号小于背景声音，但因不抑制噪声而产生的信号却大于背景声音，因此其不连续性易于被察觉到。鉴于上述情况，本发明的目标在于提供一种使解决上述问题成为可能的信号处理技术。解决方案

为了解决上述问题，本发明的设备包括:抑制装置，用于通过处理混合信号来执行对第二信号的抑制，在该混合信号中含有第一信号和第二信号；背景声音估计装置，用于估计所述混合信号中的背景声音信号；以及限制装置，用于限制对所述第二信号的所述抑制，以使得由所述抑制装置输出的抑制结果不会变得小于估计的所述背景声音信号。为了解决上述问题，本发明的方法包括:接收混合信号，在该混合信号中包含有第一信号和第二信号；估计被包含在所述混合信号中的背景声音信号；以及执行对所述第二信号的抑制并限制对所述第二信号的所述抑制，从而使输出不会变得小于估计的所述背景声音信号。为了解决上述问题，本发明的程序导致计算机执行处理，包括:接收步骤，用于接收混合信号，在该混合信号中包含有第一信号和第二信号；背景声音估计步骤，用于估计被包含在所述混合信号中的背景声音信号；以及抑制步骤，用于执行对所述第二信号的抑制并限制对所述第二信号的所述抑制，从而使输出不会变得小于估计的所述背景声音信号。发明有益效果根据本发明的一些方面，有可能通过考虑到背景声音来执行噪声抑制而获得更高质量的输出信号。


图1为图示根据本发明第一示例性实施方式的信号处理设备的配置的框图。图2为图示根据本发明第二示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图3为图示根据本发明第二示例性实施方式的变换单元的配置的框图。图4为图示根据本发明第二示例性实施方式的逆变换单元的配置的框图。图5为图示根据本发明第二示例性实施方式的噪声估计单元的配置的框图。图6为图示根据本发明第二示例性实施方式的估计噪声计算器的配置的框图。图7为图示根据本发明第二示例性实施方式的更新确定单元的配置的框图。图8为图示根据本发明第二示例性实施方式的加权带噪语音计算器的配置的框图。图9为图示根据本发明第二示例性实施方式的非线性函数的示例的示图。图10为图示根·据本发明第三示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图11为图示根据本发明第四示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图12为图示根据本发明第五示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图13为图示根据本发明第六示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图14为图示根据本发明第七示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图15为图示根据本发明第七示例性实施方式的谱增益生成单元的配置的框图。图16为图示根据本发明第七示例性实施方式的估计先验SNR计算器的配置的框图。图17为图示根据本发明第七示例性实施方式的加权加法器的配置的框图。图18为图示根据本发明第七示例性实施方式的谱增益计算器的配置的框图。图19为图示根据本发明第八示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图20为图示根据本发明第九示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图21为图示根据本发明第十示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图22为图示根据本发明第十一示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图23为图示根据本发明第十二示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图24为图示根据本发明第十三示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图25为图示根据本发明第十四示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图26为图示根据本发明第十五示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图27为图示根据本发明第十六示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图28为图示根据本发明第十七示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图29为图示根据本发明第十八示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。图30为图示根据本发明第十九示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。
图31为图示根据本发明的另一示例性实施方式的噪声抑制设备的配置的框图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图，说明性地描述本发明的示例性实施方式。然而应当注意，以下示例性实施方式中所描述的组件仅为范例，而并不旨在将本发明的技术范围仅限于这些组件。(第一不例性实施方式)将使用图1来描述作为本发明第一示例性实施方式的信号处理设备100。信号处理设备100是这样的设备:其用于通过处理在其中混有第一信号和第二信号的混合信号来抑制第二信号。如图1中所示，信号处理设备100包含背景声音估计单元101、抑制限制单元102及信号抑制单元103。背景声音估计单元101估计混合信号中所含有的背景声音信号。抑制限制单元102限制对第二信号的抑制，从而使抑制结果不会变得小于背景声音信号。信号抑制单元103通过处理所述混合信号来抑制第二信号。在如上所述的配置中，信号处理设备100可在保持背景声音信号不变的情况下，以更高的质量执行信号处理。(第二示例性实施方式)将使用图2至图11来描述作为本发明第二示例性实施方式的噪声抑制设备。本示例性实施方式的噪声抑制设备200还作为诸如数码相机、膝上型计算机和移动电话之类的设备的一部分而工作。然而，本发明并不限于此类设备，而是可应用于需要从输入信号中去除噪声的任何种类的信号处理设备。

<整体配置>图2为图示噪声抑制设备200的整体配置的框图。如图2中所示，噪声抑制设备200包含:输入端子201、变换单元202、逆变换单元203、输出端子204、噪声抑制单元205、噪声估计单元206、背景声音估计单元207和噪声校正单元208。将带噪语音信号(混合信号，在其中混有作为第一信号的期望信号和作为第二信号的噪声)供应至输入端子201作为一系列样本值。使供应至输入端子201的带噪语音信号在变换单元202中经受诸如傅里叶变换之类的变换，并将其分解为多个频率分量。所述多个频率分量中的每一个都得到独立处理。在此，将集中关注特定频率分量来继续描述。将所述特定频率分量的振幅谱，即带噪语音信号振幅谱220，供应至噪声抑制单元205 ;并将其相位谱，即带噪语音信号相位谱230，供应至逆变换单元203。在此，虽然向噪声抑制单元205供应带噪语音信号振幅谱220，但本发明并不限于该配置，而是可将相当于其平方的功率谱供应至噪声抑制单元205。噪声估计单元206通过使用从变换单元202供应的带噪语音信号振幅谱220来估计噪声，并生成噪声信息250(估计的噪声)作为估计的第二信号的实例。此外，背景声音估计单元207通过使用从变换单元202供应的带噪语音信号振幅谱220来估计背景声音，并将通过从输入的带噪语音信号振幅谱220中减去背景声音而产生的值α供应至噪声校正单元208。此外，噪声校正单元208针对各频率选择α值与噪声信息Xl之中的较小者，并将其供应至噪声抑制单元205。噪声校正单元208执行调节，以使噪声信息不超过值α (在此，α =输入-背景声音)。亦即，噪声校正单元208使噪声的抑制程度适度，从而使噪声抑制结果不会变得小于背景声音。具体而言，噪声校正单元208在值α小于噪声信息Xl的情况下将值α供应至噪声抑制单元205，而在值α大于噪声信息Xl的情况下将噪声信息Xl供应至噪声抑制单元205。背景声音估计单元207迭代地估计背景声音并更新估计的背景声音。背景声音估计单元207可通过对带噪语音信号的振幅求平均来获得估计出的背景声音。作为用于求平均的技术，背景声音估计单元207利用的是使用基于有限样本量的滑动窗口的方法，或者是使用漏积分(leaky integration)的方法。前者在信号处理领域被称为有限冲击响应滤波器的算术运算。滤波器的抽头的数目对应于滑动窗口的长度。在将有限样本量表示为L时，背景声音估计单元207可通过使用以下公式(I)获得平均值:
权利要求
1.一种信号处理设备,包括 抑制装置，用于通过处理混合信号来执行对第二信号的抑制，在所述混合信号中包含有第一信号和所述第二信号； 背景声音估计装置，用于估计所述混合信号中的背景声音信号；以及限制装置，用于限制对所述第二信号的所述抑制，以使得由所述抑制装置输出的抑制结果不会变得小于估计的所述背景声音信号。
2.根据权利要求I所述的信号处理设备，还包括 估计装置，用于估计被包含在所述混合信号中的所述第二信号， 其中所述限制装置根据所述背景声音信号来校正从所述估计装置输出的估计的所述第二信号，并且 所述抑制装置从所述混合信号中减去经校正的估计的所述第二信号以限制所述抑制。
3.根据权利要求I所述的信号处理设备，还包括 存储装置，用于在其中存储估计的第二信号，估计的所述第二信号被估计为被包含在所述混合信号中， 其中所述限制装置根据所述背景声音信号来校正估计的所述第二信号，并且 所述抑制装置从所述混合信号中减去经校正的估计的所述第二信号以限制所述抑制。
4.根据权利要求3所述的信号处理设备，还包括 修改装置，用于修改被存储在所述存储装置中的估计的所述第二信号， 其中所述限制装置校正经修改的估计的所述第二信号。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的信号处理设备，还包括 谱增益生成装置，用于基于估计的所述第二信号来生成谱增益， 其中所述抑制装置通过将所述混合信号乘以所述谱增益来抑制被包含在所述混合信号中的所述第二信号。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的信号处理设备，还包括 谱增益生成装置，用于基于估计的所述第二信号来生成谱增益；以及 谱增益修改装置，用于根据所述背景声音信号来修改所述谱增益， 其中所述抑制装置通过将所述混合信号乘以由所述谱增益修改装置修改的所述谱增益，来抑制被包含在所述混合信号中的所述第二信号。
7.根据权利要求I至6中任一项所述的信号处理设备， 其中所述背景声音估计装置在由所述抑制装置输出的所述抑制结果满足预定条件的情况下，不估计所述背景声音。
8.—种信号处理方法,包括 接收混合信号，在所述混合信号中包含有第一信号和第二信号； 估计被包含在所述混合信号中的背景声音信号；以及 执行对所述第二信号的抑制同时限制对所述第二信号的所述抑制，以使得输出不会变得小于估计的所述背景声音信号。
9.一种信号处理程序，其引起计算机执行处理，所述处理包括 接收步骤，用于接收混合信号，在所述混合信号中包含有第一信号和第二信号； 背景声音估计步骤，用于估计被包含在所述混合信号中的背景声音信号；以及抑制步骤，用于执行对所述第二信号的抑制同时限制对所述第二信号的所述抑制，以使得输出不会变得小于 估计的所述背景声音信号。
全文摘要
本发明的目的是通过在考虑背景声音的同时抑制不希望的声音来获得高质量的输出信号。本申请中所公开的信号处理设备提供有抑制装置，该抑制装置用于通过处理其中含有第一信号和第二信号的混合信号来执行对第二信号的抑制。此外，所述信号处理设备提供有背景声音估计装置，该背景声音估计装置用于估计被包含在所述混合信号中的背景声音信号。另外，该信号处理设备提供有限制装置，该限制装置用于限制对所述第二信号的抑制，从而使得抑制装置的抑制结果不会变得小于背景声音。
文档编号G10L21/02GK103238180SQ20118005686
公开日2013年8月7日 申请日期2011年11月21日 优先权日2010年11月25日
发明者杉山昭彦 申请人:日本电气株式会社