一种应用于助听器的双麦风噪检测和抑制方法与流程

1.本发明涉及风噪检测和抑制技术领域，具体设计一种应用于助听器的双麦风噪检测和抑制方法。


背景技术：

2.助听器是一种能有效地治疗人耳听力损失的医疗设备,在解决人耳的听力补偿方面可以起到很大的作用,可以在不损伤耳组织的情况下提高患者的听力水平。
3.风噪是指风经过麦克风表面并击打麦克风薄膜所产生的声音，在生活中十分常见。风噪的相对来说声压级大，随机性强，对语音质量的损伤和语音可懂度的降低都较为明显。因此风噪的存在会给助听器消费者的体验带来恶劣的影响，严重降低用户的使用效果。
4.单麦克风降噪方法实现较为简单，例如谱减法，针对一些平稳噪声有一定效果。但风噪属于非平稳噪声，单麦克风检测和降噪方法难以实现对风噪的准确检测和有效抑制，并且会在抑制过程中对语音造成很大损伤，反倒导致语音可懂度的降低。
5.目前对风噪的双麦克风检测和降噪方法主要利用了双麦克风收集到的两路风噪信号相关度较低的特性，并在此基础上通过基于统计的方法估计风噪特性，计算增益对风噪进行抑制。但这些传统检测和抑制方法仍面临着检测准确度低，方法复杂度高，对语音损伤大等缺点。


技术实现要素：

6.本发明的目的是针对现有技术中双麦风噪检测和抑制方法中检测准确度低，方法复杂度高，对语音损伤大等缺点，本发明公开了一种助听器的双麦风噪检测和抑制方法，采用计算两路语音频域信号的低频和高频能量以及低高频能量比，和计算两路语音信号在低频部分的互相关系数，并与预设阈值进行比较来检测风噪是否存在，检测准确率更高。并在此基础上使用基于相关性特征的风噪抑制方法，能够保证在语音失真少的同时降低风噪，提高语音质量，而且方法计算量少，复杂度低。
7.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
8.一种助听器的双麦风噪检测和抑制方法，包括如下步骤：
9.步骤(a)、收集助听器双麦的两路语音信号s
left
(n)和s
right
(n)；
10.步骤(b)、将步骤(a)中两路语音信号转换为两路语音信号每帧的频域信号s
left
(i,k)和s
right
(i,k)；
11.步骤(c)、获取两路语音信号各自的低频部分能量e
left,low
(i)、e
right,low
(i)和高频部分能量e
left,high
(i)、e
right,high
(i)，并分别计算两路语音信号低频能量和高频能量的比值r
left
(i)、r
right
(i)；
12.步骤(d)、计算两路语音信号在低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)；
13.步骤(e)、根据步骤(c)中两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)、r
right
(i)和步骤(d)中低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)确定当前信号是否受风噪影响，并
设置当前帧的风噪标志flag
wind
(i)；
14.步骤(f)、检测出当前语音信号受到风噪影响后，基于步骤(e)中的风噪标志，对含风噪语音信号进行信号风噪抑制处理，得到去除风噪的语音信号；若检测出当前语音信号未受风噪影响，则保持原语音信号输出。
15.前述的步骤(b),将步骤(a)两路语音信号转换为两路语音信号每帧的频域信号s
left
(i,k)和s
right
(i,k)，包括以下步骤，
16.两路语音信号每帧的频域信号s
left
(i,k)和s
right
(i,k)的计算公式如下所示，
[0017][0018][0019]
其中i为帧序号，k为频点，n为帧长，si(n)为s(n)的第i帧。
[0020]
前述的步骤(c)，获取两路语音信号各自的低频部分能量e
left,low
(i)、e
right,low
(i)和高频部分能量e
left,high
(i)、e
right,high
(i)，并分别计算两路语音信号低频能量和高频能量的比值r
left
(i)、r
right
(i)，包括以下步骤，
[0021]
步骤(c1)、计算两路语音信号各自的低频部分能量e
left,low
(i)、e
right,low
(i)和高频部分能量e
left,high
(i)、e
right,high
(i)；
[0022]
计算公式如下所示，
[0023][0024][0025]
而后将其做平滑处理得到，如公式(5)所示，
[0026]
e(i)＝α
·
e(i-1) (1-α)
·eoriginal(i)ꢀꢀꢀ
(5)
[0027]
其中α为平滑系数，f
low
为阈值频点，低频部分是指频率在阈值频点f
low
以下的部分，即频点k《f
low
；高频部分是指频率在阈值频点f
low
以上的部分，即频点k≥f
low
；
[0028]
步骤(c2)、计算两路语音信号低频能量和高频能量的比值r
left
(i)、r
right
(i)；
[0029]
计算公式如下所示，
[0030][0031][0032]
前述的步骤(d),计算两路语音信号在低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)，包括以下步骤，
[0033]
两路语音信号在低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)的计算公式如下所示，
[0034][0035]
其中为取实部运算符，*为共轭转置运算符；而后将其做平滑处理得到，如公式(9)所示，
[0036]
corr
low
(i)＝β
·
corr
low
(i-1) (1-β)
·
corr
low,original(i)ꢀꢀꢀ
(9)
[0037]
其中，β为平滑系数。
[0038]
前述的步骤(e)，根据步骤(c)中两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)、r
right
(i)和步骤(d)中低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)确定当前信号是否受风噪影响，并设置当前帧的风噪标志flag
wind
(i)，包括以下步骤，
[0039]
步骤(e1)、设定检测阈值条件，判定语音信号与风噪之间的关系；
[0040]
步骤(e11)、第一组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)和r
right
(i)是否大于预设阈值；若大于则说明可能当前语音信号受风噪影响，若小于则说明当前语音信号未受风噪影响；
[0041]
步骤(e12)、第二组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)是否大于预设阈值；若大于则说明可能当前语音信号正在遭受风噪影响，若小于则说明当前语音信号并未遭受风噪影响；
[0042]
步骤(e13)、第三组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)和r
right
(i)中至少一个大于预设阈值，且两路语音信号的低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)也大于预设阈值，则判断为当前语音信号正受风噪影响，并将风噪标志位flag
wind
(i)设置为1。
[0043]
前述的步骤(f)、检测出当前语音信号受到风噪影响后，基于步骤(e)中的风噪标志，对含风噪语音信号进行信号风噪抑制处理，得到去除风噪的语音信号；若检测出当前语音信号未受风噪影响，则保持原语音信号输出，包括以下步骤，
[0044]
利用风噪抑制方法进行信号风噪抑制处理，信号风噪抑制的计算公式如下所示，
[0045][0046]
其中，为估计语音信号；信号风噪抑制处理得到降噪以后的估计语音信号的频谱，而后将其还原回时域，得到输出信号
[0047]
本发明地有益效果是：
[0048]
1、本发明充分利用了风噪低频能量显著强于高频能量和两路风噪之间相关性低的特性，提高了风噪检测的准确性；
[0049]
2、本发明采用了全新的基于相关性的风噪抑制方法，能够在几乎完整保留语音的情况下对风噪进行抑制，显著提升语音可懂度。同时复杂度低，计算量小，非常适合助听器等低功耗小型设备，具有广阔的应用前景。
附图说明
[0050]
图1是本发明中应用于助听器的双麦风噪检测和抑制方法的流程图；
[0051]
图2是本发明中处理前后的pesq分值比较图；
[0052]
图3是本发明处理前后的分度信噪比比较图；
[0053]
图4是本发明处理前后的音频波形比较图。
具体实施方式
[0054]
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0055]
如图1所示，本发明的一种助听器的双麦风噪检测和抑制方法，包括如下步骤：步骤(a)、收集助听器双麦的两路语音信号s
left
(n)和s
right
(n)；
[0056]
步骤(b)、将步骤(a)中两路语音信号转换为两路语音信号每帧的频域信号s
left
(i,k)和s
right
(i,k)，包括以下步骤，
[0057]
两路语音信号每帧的频域信号s
left
(i,k)和s
right
(i,k)的计算公式如下所示，
[0058][0059][0060]
其中i为帧序号，k为频点，n为帧长，si(n)为s(n)的第i帧；
[0061]
步骤(c)、获取两路语音信号各自的低频部分能量e
left,low
(i)、e
right,low
(i)和高频部分能量e
left,high
(i)、e
right,high
(i)，并分别计算两路语音信号低频能量和高频能量的比值r
left
(i)、r
right
(i)，包括以下步骤，
[0062]
步骤(c1)、计算两路语音信号各自的低频部分能量e
left,low
(i)、e
right,low
(i)和高频部分能量e
left,high
(i)、e
right,high
(i)；
[0063]
计算公式如下所示，
[0064][0065][0066]
而后将其做平滑处理得到，如公式(5)所示，
[0067]
e(i)＝α
·
e(i-1) (1-α)
·eoriginal(i)ꢀꢀꢀ
(5)
[0068]
其中α为平滑系数，f
low
为阈值频点，低频部分是指频率在阈值频点f
low
以下的部分，即频点k《f
low
；高频部分是指频率在阈值频点f
low
以上的部分，即频点k≥f
low
；
[0069]
步骤(c2)、计算两路语音信号低频能量和高频能量的比值r
left
(i)、r
right
(i)；
[0070]
计算公式如下所示，
[0071]
[0072][0073]
步骤(d)、计算两路语音信号在低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)，包括以下步骤，
[0074]
两路语音信号在低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)的计算公式如下所示，
[0075][0076]
其中为取实部运算符，*为共轭转置运算符；而后将其做平滑处理得到，如公式(9)所示，
[0077]
corr
low
(i)＝β
·
corr
low
(i-1) (1-β)
·
corr
low,original(i)ꢀꢀꢀ
(9)
[0078]
其中，β为平滑系数；
[0079]
步骤(e)、根据步骤(c)中两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)、r
right
(i)和步骤(d)中低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)确定当前信号是否受风噪影响，并设置当前帧的风噪标志flag
wind
(i)，包括以下步骤，
[0080]
步骤(e1)、设定检测阈值条件，判定语音信号与风噪之间的关系；
[0081]
步骤(e11)、第一组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)和r
right
(i)是否大于预设阈值；若大于则说明可能当前语音信号受风噪影响，若小于则说明当前语音信号未受风噪影响；
[0082]
步骤(e12)、第二组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)是否大于预设阈值；若大于则说明可能当前语音信号正在遭受风噪影响，若小于则说明当前语音信号并未遭受风噪影响；
[0083]
步骤(e13)、第三组检测阈值条件为两路语音信号的低频能量、高频能量比值r
left
(i)和r
right
(i)中至少一个大于预设阈值，且两路语音信号的低频能量部分的互相关系数corr
low
(i)也大于预设阈值，则判断为当前语音信号正受风噪影响，并将风噪标志位flag
wind
(i)设置为1；
[0084]
步骤(f)、检测出当前语音信号受到风噪影响后，基于步骤(e)中的风噪标志，对含风噪语音信号进行信号风噪抑制处理，得到去除风噪的语音信号；若检测出当前语音信号未受风噪影响，则保持原语音信号输出，包括以下步骤：
[0085]
利用风噪抑制方法进行信号风噪抑制处理，信号风噪抑制的计算公式如下所示，
[0086][0087]
其中，为估计语音信号；信号风噪抑制处理得到降噪以后的估计语音信号的频谱，而后将其还原回时域，得到输出信号
[0088]
为了充分比较本发明所提出的应用于助听器的双麦风噪检测和抑制方法的性能，
实验测试了多组语音样本，包括无风噪的纯语音样本和含风噪语音样本，在降噪前后，分别通过计算pesq分数体现语音质量，对结果取平均值后，结果如图2所示；同样在降噪前后，分别计算分段信噪比，对结果取平均值后，结果如图3所示。另外图4展现了实验其中一个含风噪语音样本在通过本方法降噪前后的波形比较。
[0089]
从上述表格中可以看出，在输入纯净语音信号的情况下，本方法几乎不会对纯净语音信号造成任何损伤，能够有效保证语音质量。而在输入含风噪语音的情况下，降噪音频质量相比原含噪音频质量有了显著提高。
[0090]
综上所述，本发明的应用于助听器的双麦风噪检测和抑制方法，采用计算两路语音信号的低高频能量比和两路语音信号的低频互相关系数进行风噪检测，检测结果准确。并在此基础上使用独特的风噪抑制方法，能够在保证语音基本不受损的情况下对风噪进行较好的抑制，方法巧妙新颖，复杂度低，计算量小，非常适合助听器等低功耗小型设备，具有广阔的应用前景。
[0091]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。