TWI413112B - Method and apparatus for eliminating noise background noise (1) - Google Patents

Description

語音背景雜訊的消除方法和裝置（一）

    本發明屬於語音通信領域，尤其涉及一種語音背景雜訊的消除方法和裝置（一）。

    在語音通信領域，由於通話者所處的環境較為複雜，導致音頻設備採集的音頻信號除了包括通話者的語音信號外，還包括周圍環境其他聲源發出的雜訊信號，如其他人的說話聲、交通工具發出的聲音等，這些雜訊信號嚴重的干擾了語音通信的品質，因此在保持高效去噪的同時，使用較少的器件去除語音信號中混雜的雜訊信號的技術已成為眾多公司關注的焦點。

    本發明的目的在於提供一種語音背景雜訊的消除方法，旨在解決混雜在語音信號中的雜訊信號嚴重影響語音通信品質的問題。

    本發明是這樣實現的，一種語音背景雜訊的消除方法，所述方法包括下述步驟：

    A、對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號；

    B、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值；

    C、在所述消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。

    本發明的另一目的在於提供一種語音背景雜訊的消除裝置，所述裝置包括：

    有效值檢測單元，用於對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號；

    消噪控制信號產生單元，用於將所述有效值檢測單元產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值；

    消噪放大單元，用於在所述消噪控制信號產生單元產生的消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。

    在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，通過將該用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，生成消噪控制信號，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理，從而達到消除語音背景雜訊的目的。

    為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

    在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，通過將該用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，生成消噪控制信號，該第一閾值是語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理，從而實現語音背景雜訊的消除。

    第一圖示出了本發明實施例提供的語音背景雜訊的消除方法的實現流程，詳述如下：

    在步驟S101中，對接收的音頻信號進行有效值（也稱為均方根值，Root Mean Square，RMS）檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。

    在本發明實施例中，接收的音頻信號可以為採集的音頻信號，也可以為從其他設備傳輸過來的音頻信號。由於說話者所處的環境一般較為複雜，存在除說話者以外的多種發聲源，如周圍其他說話者的聲音、周圍交通工具的聲音等，因此，接收的音頻信號中不僅包括說話者發出的語音信號，也包括說話者周圍環境其他聲源發出的雜訊信號。由於接收的音頻信號中包括語音信號和雜訊信號，而語音信號產生的電平幅度一般與雜訊信號產生的電平幅度不同，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，根據音頻信號的幅度變化，可以產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，即用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號反映了音頻信號的幅度變化。通過根據語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率之間的差別，設置語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值，作為第一閾值，即可通過將該用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與該第一閾值進行比較，判斷音頻信號為語音信號還是雜訊信號，從而產生消噪控制信號。

    由於音頻信號一般是連續的，而對接收的音頻信號進行有效值檢測可能存在延時，為了避免由於對接收的音頻信號進行有效值檢測存在的延時而降低語音消噪的精確度，在本發明另一實施例中，對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號的步驟具體包括：

    A、判斷接收的音頻信號是否為語音信號，並根據判斷結果與前一次產生的消噪控制信號產生有效值檢測的觸發資訊，當該有效值檢測的觸發信號指示需要對音頻信號進行有效值檢測時，執行步驟B，否則，執行步驟C。其具體過程如下：

    A1、將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；其中第二閾值是正向語音信號的最小值，其具體的設置要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在將接收的音頻信號與第二閾值進行比較時，當音頻信號大於第二閾值，則判定音頻信號為語音信號，得到正向比較結果為邏輯真；當音頻信號小於第二閾值時，則判定音頻信號為雜訊信號，得到正向比較結果為邏輯假。

    A2、將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；其中第三閾值是反向語音信號的最大值，其具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較時，如果音頻信號小於第三閾值，則判定音頻信號為語音信號，得到反向比較結果為邏輯真；如果音頻信號大於第三閾值時，則判定音頻信號為雜訊信號，得到反向比較結果為邏輯假。

    A3、將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯處理，判斷音頻信號是否為語音信號。

    在本發明實施例中，通過將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷接收的音頻信號是否為語音信號。當正向比較結果或者反向比較結果中的一個為邏輯真時，則邏輯或處理後的結果為邏輯真，判定音頻信號為語音信號，輸出邏輯真；當正向比較結果和反向比較結果均為假時，則邏輯或處理後的結果為邏輯假，判定音頻信號為雜訊信號，輸出邏輯假。

    A4、將該邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信號。

    在本發明實施例中，通過將該邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯或處理，當該邏輯處理結果或者前一次產生的消噪控制信號中的任意一個為邏輯真時，則判定需要對音頻信號進行有效值檢測，輸出的有效值檢測的觸發信號為邏輯真；當該邏輯處理結果和前一次產生的消噪控制信號均為邏輯假時，則判定不需要對音頻信號進行有效值檢測，輸出的有效值檢測的觸發信號為邏輯假。

    為了在音頻信號的幅度較小時，提高對音頻信號的處理精度並減小誤差，在本發明另一實施例中，在判斷接收的音頻信號是否為語音信號之前，該方法還包括下述步驟：

    對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。

    B、對音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。由於對音頻信號進行有效值檢測的具體實現過程屬於現有技術，在此不再贅述。

    C、不對音頻信號進行有效值檢測，維持一固有初值的輸出信號。其中固有初值為用於反映音頻信號中雜訊信號的平均功率。

    在本發明實施例中，通過對音頻信號中的語音信號進行有效值檢測，在雜訊段內，保持一固有初值的輸出，從而在具體的電路設計中，一方面可以防止有效值檢測部分在檢測語音信號平均功率開始時的延遲情況，即有有效值檢測的輸出信號較真實值偏小，另一方面可以使其輸出在有雜訊的情況下保持恒定值，可以節省功耗。

    在步驟S102中，將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號。

    在本發明實施例中，根據語音信號的平均功率和雜訊信號的平均功率之間的差別，設置語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率之間的臨界值，將該臨界值作為第一閾值，通過將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，即可區分出音頻信號中的語音信號和雜訊信號，從而產生用於控制消噪處理的消噪控制信號。

    為了達到更舒適的語音信號，在本發明另一實施例中，將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號的步驟具體包括：

    A、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；

    其中第四閾值主要用於檢測有效的語音信號，即設定雜訊門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定。具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到有效語音信號時，輸出邏輯真，未檢測到有效語音信號時，輸出邏輯假。

    B、對提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理後的有效語音信號的控制信號；

    C、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；其中第五閾值主要用於檢測有效的語音信號，即設定雜訊門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定。具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到超大語音信號時，輸出邏輯真，未檢測到超大語音信號時，輸出邏輯假。

    D、將補償處理後的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信號。

    在本發明實施例中，在將補償處理後的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行異或處理時，如果有效語音信號的控制信號和超大信號的控制信號的邏輯值不相同時，輸出邏輯真，相同時，輸出邏輯假。如當有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號均為邏輯真時，則表示檢測到有效語音信號，同時檢測到超大語音信號，異或處理後，產生的消噪控制信號為邏輯假；當有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號均為邏輯假時，則表示未檢測到有效語音信號，同時未檢測到超大語音信號，異或處理後，產生的消噪控制信號仍然為邏輯假；當有效語音信號的控制信號為邏輯真，提取的超大信號的控制信號均為邏輯假時，則表示檢測到有效語音信號，同時未檢測到超大語音信號，異或處理後，產生的消噪控制信號為邏輯真；當有效語音信號的控制信號為邏輯假，提取的超大信號的控制信號均為邏輯真時，則表示未檢測到有效語音信號，同時未檢測到超大語音信號，異或處理後，產生的消噪控制信號為邏輯真。

    在步驟S103中，在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。

    在本發明實施例中，當消噪控制信號為邏輯真時，對音頻信號進行放大處理，當消噪控制信號為邏輯假時，對音頻信號進行消除處理，從而消除語音背景雜訊，同時放大語音信號，實現語音背景雜訊的消除。其中在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理的方式有多種，如在消噪控制信號的控制下，直接將音頻信號放大預設倍，或者禁止輸出音頻信號；也可以在消噪控制信號的控制下，對音頻信號進行同相或者反相處理，以消除雜訊信號，放大語音信號。當然還可以根據該消噪控制信號，採用其他方式對音頻信號進行放大處理，對音頻信號進行消除處理，在此不再一一舉例說明。

    由於接收的音頻信號中不可避免的會出現音頻過大的情況，如果不對過大的音頻信號進行處理，則該音頻信號後續被增強時，將降低聽者的舒適度，為了提高聽者的舒適度，在本發明另一實施例中，在步驟S103之前，該方法還包括下述步驟：

    將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號。該衰減控制信號用於控制對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。

    其中第六閾值預先設置的可允許的音頻信號的最大功率。在本發明實施例中，當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號大於第六閾值時，輸出的衰減控制信號為邏輯真，該衰減控制信號用於控制對接收的音頻信號進行一定比例的衰減，以適當的縮小過大的音頻信號；當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號小於或者等於第六閾值時，則輸出的衰減控制信號為邏輯假，該衰減控制信號用於對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理。

    在衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。

    在本發明實施例中，當音頻信號的音量在正常範圍時，衰減控制信號控制對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大後的信號；當音頻信號的音量超出正常範圍時，衰減控制信號控制對過大的音頻信號進行一定比例的衰減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大後的信號。

    此時，在消噪控制信號的控制下，對反相放大後的音頻信號進行消除或者放大處理，以消除反相放大後的音頻信號中的雜訊信號，放大反相放大後的音頻信號中的語音信號。

    第二圖示出了本發明實施例提供的語音背景雜訊消除裝置的結構，為了便於說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分。其中：

    有效值檢測單元（２）對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。其中有效值檢測單元（２）包括語音信號判斷電路（２２）、有效值檢測控制電路（２３）和有效值檢測電路（２４）。其中：

    語音信號判斷電路（２２）判斷接收的音頻信號是否為語音信號。在本發明實施例中，為了提高判斷的準確性，該語音信號判斷電路（２２）包括正向語音信號判斷模組（２２１）、反向語音信號判斷模組（２２２）和第一邏輯處理模組（２２３）。

    其中正向語音信號判斷模組（２２１）將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；

    其中第二閾值是正向語音信號的最小值，其具體的設置要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在將接收的音頻信號與第二閾值進行比較時，當音頻信號大於第二閾值，則判定音頻信號為語音信號，得到正向比較結果為邏輯真；當音頻信號小於第二閾值時，則判定音頻信號為雜訊信號，得到正向比較結果為邏輯假。

    反向語音信號判斷模組（２２２）將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；

    其中第三閾值是反向語音信號的最大值，其具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較時，如果音頻信號小於第三閾值，則判定音頻信號為語音信號，得到反向比較結果為邏輯真；如果音頻信號大於第三閾值時，則判定音頻信號為雜訊信號，得到反向比較結果為邏輯假。

    第一邏輯處理模組（２２３）將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯處理，判斷接收的音頻信號是否為語音信號。

    在本發明實施例中，通過將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷接收的音頻信號是否為語音信號。當正向比較結果或者反向比較結果中的一個為邏輯真時，則邏輯或處理後的結果為邏輯真，判定音頻信號為語音信號，輸出邏輯真；當正向比較結果和反向比較結果均為假時，則邏輯或處理後的結果為邏輯假，判定音頻信號為雜訊信號，輸出邏輯假。

    有效值檢測控制電路（２３）將第一邏輯處理模組（２２３）輸出的邏輯處理結果與消噪控制信號產生單元（３）產生的前一次消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信號，以控制是否對音頻信號進行有效值檢測。

    在本發明實施例中，通過將該邏輯處理結果與消噪控制信號產生單元（３）產生的前一次消噪控制信號進行邏輯或處理，當該邏輯處理結果或者前一次消噪控制信號中的任意一個為邏輯真時，則判定需要對音頻信號進行有效值檢測；當該邏輯處理結果和前一次消噪控制信號均為邏輯假時，則判定不需要對音頻信號進行有效值檢測。

    有效值檢測電路（２４）在有效值檢測控制電路（２３）的控制下，對音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，或者不對音頻信號進行有效值檢測，維持一固有初值的輸出信號。其中固有初值為用於反映音頻信號中雜訊信號的平均功率。

    在本發明實施例中，通過對音頻信號中的語音信號進行有效值檢測，在雜訊段內，保持一固有初值的輸出，從而在具體的電路設計中，一方面可以防止有效值檢測部分在檢測語音信號平均功率開始時的延遲情況，即有有效值檢測的輸出信號較真實值偏小，另一方面可以使其輸出在有雜訊的情況下保持恒定值，可以節省功耗。

    為了在音頻信號的幅度較小時，提高對音頻信號的處理精度並減小誤差，在本發明另一實施例中，該裝置還包括信號預放大電路（２１）。該信號預放大電路（２１）的輸入端與音頻採集單元（１）連接，其輸出端分別與正向語音信號判斷模組（２２１）、反相語音信號判斷模組（２２２）以及有效值檢測電路（２４）連接，該信號預放大電路（２１）對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。此時，正向語音信號判斷模組（２２１）將信號預放大電路（２１）輸出的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；反向語音信號判斷模組（２２２）將信號預放大電路（２１）輸出的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；有效值檢測電路（２４）在有效值檢測控制電路（２３）的控制下，對信號預放大電路（２１）輸出的音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。在本發明另一實施例中，在有效值檢測控制電路（２３）的控制下，不對音頻信號進行有效值檢測，維持一固有初值的輸出信號。

    由於說話者所處的環境一般較為複雜，存在除說話者以外的多種發聲源，如周圍其他說話者的聲音、周圍交通工具的聲音等，因此，接收的音頻信號中不僅包括說話者發出的語音信號，也包括說話者周圍環境其他聲源發出的雜訊信號。

    在本發明實施例中，接收的音頻信號可以為採集的音頻信號，也可以為從其他設備傳輸過來的音頻信號。當接收的音頻信號為採集的音頻信號時，該裝置還包括音頻採集單元（１）。該音頻採集單元（１）採集音頻信號，其中音頻信號包括語音信號和雜訊信號。該音頻採集單元（１）的具體電路結構請參閱第三圖。在此不再詳述。

    消噪控制信號產生單元（３）將有效值檢測單元（３）產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號。該消噪控制信號用於控制消噪放大單元對音頻信號進行消噪處理。其中第一閾值是指預設的語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率之間的臨界值。通過將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，即可區分出音頻信號中的語音信號和雜訊信號，從而產生用於控制消噪放大單元對音頻信號進行消噪處理的消噪控制信號。該消噪控制信號產生單元（３）包括有效語音信號比較模組（３１）、超大語音信號比較模組（３２）、控制信號補償模組（３３）以及第二邏輯處理模組（３４）。其中：

    有效語音信號比較模組（３１）將有效值檢測單元（２）產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；

    其中第四閾值主要用於檢測有效的語音信號，即設定雜訊門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定。具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到有效語音信號時，輸出邏輯真，未檢測到有效語音信號時，輸出邏輯假。

    控制信號補償模組（３３）對有效語音信號比較模組（３１）提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理後的有效語音信號的控制信號；

    超大語音信號比較模組（３２）將有效值檢測單元（２）產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；

    其中第五閾值主要用於檢測有效的語音信號，即設定雜訊門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定。具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在本發明實施例中，當檢測到超大語音信號時，輸出邏輯真，未檢測到超大語音信號時，輸出邏輯假。

    第二邏輯處理模組（３４）將補償處理後的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信號。

    消噪放大單元（４）在消噪控制信號產生單元（３）產生的消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。

    消噪放大單元（４）在消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理的方式有多種，如在消噪控制信號的控制下，直接將音頻信號放大預設倍，或者禁止輸出音頻信號；也可以在消噪控制信號的控制下，對音頻信號進行同相或者反相處理，以消除雜訊信號，放大語音信號。當然還可以根據該消噪控制信號，採用其他方式對音頻信號進行放大處理，對音頻信號進行消除處理，在此僅給出一種消噪放大單元（４）的具體結構，其包括可控反相器（４１）、第一反相跟隨器（４２）、第二反相跟隨器（４３）、反相加法器（４４）和低通濾波器（４５）。

    由於接收的音頻信號中不可避免的會出現音頻過大的情況，如果不對過大的音頻信號進行處理，則該音頻信號後續被增強時，將降低聽者的舒適度，為了提高聽者的舒適度，在本發明另一實施例中，該裝置還包括衰減控制信號產生單元（５）和音頻可控衰減單元（６）。其中：

    衰減控制信號產生單元（５）將有效值檢測單元（２）產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號。該衰減控制信號用於控制音頻可控衰減單元（６）對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。

    其中第六閾值預先設置的可允許的音頻信號的最大功率。在本發明實施例中，當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號大於第六閾值時，輸出的衰減控制信號為邏輯真；當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號小於或者等於第六閾值時，則輸出的衰減控制信號為邏輯假。

    音頻可控衰減單元（６）在衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。

    在本發明實施例中，當音頻信號的音量在正常範圍時，衰減控制信號控制對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大後的信號；當音頻信號的音量超出正常範圍時，衰減控制信號控制對過大的音頻信號進行一定比例的衰減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大後的信號。

    此時，消噪放大單元（２）在消噪控制信號的控制下，對音頻可控衰減單元（６）輸出的音頻信號進行消除或者放大處理，以消除反相放大後的音頻信號中的雜訊信號，放大反相放大後的音頻信號中的語音信號。

    第三圖示出了本發明實施例提供的音頻採集單元（１）的電路原理，該音頻採集單元（１）包括由分壓電路、隔直電路和反相跟隨器，其中分壓電路由麥克風1a和電阻R1組成，隔直電路由電容C1構成，反相跟隨器由運放U1、電阻R2和電阻R3組成。其中麥克風為全指向麥克風，如手機等通訊設備等的常規麥克風，用於感應外界音頻信號，並將聲音信號轉化為電信號。通過由第一電容C1構成的隔直電路對麥克風得到的電信號進行隔直處理，將電信號轉變為交流電信號，再經反相跟隨器輸出信號。

    第四圖示出了本發明實施例提供的信號預放大電路（２１）的電路原理。該信號預放大電路（２１）包括運放U7，與運放U7的其中一輸入端連接的電阻R16和跨接在運放的輸入端和輸出端的電阻R17。信號預放大電路（２１）根據系統實際需要的處理精度，通過調整電阻R16和電阻R17的比例來實現對信號採集單元（１）的輸出信號進行選擇性的預放大處理，得到預放大處理後的信號。

    第五圖示出了本發明實施例提供的正向語音信號判斷模組（２２１）和反向語音信號判斷模組（２２２）的電路原理。

    該正向語音信號判斷模組（２２１）和反向語音信號判斷模組（２２２）均包括比較器U8和施密特反相器（U9、U10），比較器U8將信號預放大電路（２１）處理後的音頻信號與預設的第一閾值進行比較，再通過施密特反相器（U9、U10）對雜訊進行整形處理後，得到比較結果信號；將信號預放大電路（２１）處理後的音頻信號與預設的第二閾值進行比較，再通過施密特反相器（U9、U10）對雜訊進行整形處理後，得到比較結果信號。

    第六圖示出了本發明實施例提供的第一邏輯處理模組（２２３）的電路原理。

    該第一邏輯處理模組（２２３）由邏輯或閘U11構成，邏輯或閘U11的兩個輸入信號分別為正向語音信號判斷模組（２２１）的輸出信號和反向語音信號判斷模組（２２２）的輸出信號，當正向語音信號判斷模組（２２１）的輸出信號和反向語音信號判斷模組（２２２）的輸出信號中的任意一個為真時，即當正向語音信號判斷模組（２２１）和反向語音信號判斷模組（２２２）中任意一個判定音頻信號為語音信號時，經該邏輯或閘U11處理後，其輸出信號為真，即經邏輯或閘U11處理後，判定音頻信號為語音信號，否則，判定音頻信號為雜訊信號。

    第七圖示出了本發明實施例提供的有效值檢測控制電路（２３）和有效值檢測電路（２４）的電路原理。

    有效值檢測控制電路（２３）包括邏輯或閘U13以及二選一選擇開關S3。其中邏輯或閘U13的兩個輸入端分別與第一邏輯處理模組（２２３）的輸出端連接，其另一輸入端與消噪控制信號產生單元（３）包括的第二邏輯處理模組（３４）的輸出端連接，邏輯或閘U13的輸出信號作為二選一選擇開關S3的控制信號，通過二選一選擇開關S3控制有效值檢測電路（２４）對音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，或者不對音頻信號進行有效值檢測，而直接維持一固有初值V1的輸出。該電路工作原理如下：

    邏輯或閘U13將第一邏輯處理模組（２２３）的輸出信號與第二邏輯處理模組（３４）的輸出信號進行或處理，得到作為二選一選擇開關S3的控制信號，控制信號控制二選一選擇開關在信號預放大電路（２１）的輸出信號和預設的固有初值V1之間進行切換，得到輸出信號，通過該輸出信號控制有效值檢測電路（２４）對信號預放大電路（２１）的輸出信號進行有效值檢測，並產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號DD，或者不對音頻信號進行有效值檢測，而直接維持一固有初值V1的輸出。

    第八圖示出了本發明實施例提供的有效語音信號比較模組（３１）和超大語音信號比較模組（３２）的電路原理。

    該有效語音信號比較模組（３１）包括比較器U15和施密特反相器（U17、U18），比較器U15將有效值檢測電路（２４）的輸出信號DD與預設的第四閾值進行比較，以針對有效語音信號進行控制信號的提取，輸出有效語音的控制信號。其中第四閾值主要用於檢測有效的語音信號，即設定雜訊門限。其設定具體要依靠麥克風的靈敏度，及該靈敏度的情況下對不同聲壓雜訊的採集情況而定，具體的設定工作要結合聲學理論和實驗統計。在進行比較時，信號DD大於第四閾值時，有效語音信號比較模組（３１）的輸出為邏輯真，代表語音信號。小於第四閾值時，有效語音信號比較模組（３１）的輸出邏輯假，代表雜訊信號。

    該超大語音信號比較模組（３２）包括比較器U16和施密特反相器（U19、U20），比較器U16將有效值檢測電路（２４）的輸出信號DD與預設的第五閾值進行比較，以針對超大信號進行控制信號的提取，輸出超大信號的控制信號。在通訊的過程中，難免通訊環境中會出現風聲，突發的超大雜訊會給接收方（聽者）以刺耳的聲音，在這種情況下，通過該超大語音信號比較模組（３２）針對超大信號進行控制信號的提取，從而使消噪放大單元（４）對超大信號進行消除處理，提高收聽者的聽覺舒適度。

    第九圖示出了本發明實施例提供的控制信號補償模組（３３）的電路原理。

    控制信號補償模組（３３）包括多諧振盪器U21和或閘U22。多諧振盪器U21檢測有效語音信號比較模組（３１）的輸出脈衝的下降沿，一旦檢測到下降沿，多諧振盪器就輸出一特有寬度的脈衝信號，經過或閘U22後可以將有效語音信號比較模組（３１）的輸出脈衝補償加寬這一特有脈衝寬度，得到補償處理後的有效語音的控制信號。這樣在語音結束端，能夠減少語音的損失，高品質的還原語音。

    第十圖示出了本發明實施例提供的第二邏輯處理模組（３４）的電路原理。

    該第二邏輯處理模組（３４）由邏輯異或閘U23構成。控制信號補償模組（３３）的輸出信號和超大語音信號比較模組（３２）的輸出信號分別送到第二邏輯處理模組（３４）的輸入端，兩路信號經過異或邏輯形成消噪控制信號，該消噪控制信號用於控制消噪放大單元（４）對音頻可控衰減單元（６）處理後的音頻信號進行消噪處理。

    第十一圖示出了本發明實施例提供的衰減控制信號產生單元（５）的電路原理。

    該衰減控制信號產生單元（５）由比較器U12構成，該比較器U12的其中一個輸入信號為有效值檢測電路（２４）輸出的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號DD，另一個輸入信號為預設的第六閾值，比較器U12將輸出信號DD和預設的第六閾值進行比較，產生衰減控制信號。該衰減控制信號用於控制音頻可控衰減單元（６）對音頻採集單元（１）輸出的音頻信號進行不同比例的反相放大。在本發明實施例中，當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號大於預設的第六閾值時，產生的衰減控制信號，控制音頻可控衰減單元（６）對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行衰減處理；當用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號小於或者等於預設的第六閾值時，產生的衰減控制信號控制音頻可控衰減單元（６）對過大的音頻信號進行一定比例的衰減，以適當的縮小過大的音頻信號。

    第十二圖示出了本發明實施例提供的音頻可控衰減單元（６）的電路原理。

    該音頻可控衰減單元（６）包括運放U2、控制開關S1、電阻R3、R4 、R5。其中電阻R3和電阻R4串連後與運放U2的輸入端連接，控制開關S1並聯在電阻R3的兩端，電阻R5跨接在運放U2的輸入端和輸出端。控制開關S1的控制信號來自衰減控制信號產生單元（５）產生的衰減控制信號，衰減控制信號控制該控制開關的導通與斷開，從而實現對音頻採集單元（１）輸出的音頻信號進行不同比例的反相放大，得到反相放大後的信號。在本發明實施例中，當音頻信號的音量在正常範圍時，衰減控制信號控制音頻可控衰減單元（６）對音頻信號進行等幅的反相放大，即不對音頻信號的幅度進行處理，得到反相放大後的信號；當音頻信號的音量超出正常範圍時，衰減控制信號控制音頻可控衰減單元（６）對過大的音頻信號進行一定比例的衰減，從而適當的縮小過大的音頻信號，得到反相放大後的信號。

    第十三圖示出了本發明實施例提供的可控反相器（４１）的電路原理。

    該可控反相器（４１）的兩個輸入端分別與音頻可控衰減單元（６）以及第二邏輯處理模組（３４）的輸出端連接。該可控反相器（４１）包括運放U3、電阻R6、R7和二選一選擇開關S2，其中電阻R6與運放U3的其中一輸入端連接，電阻R7跨接於運放U3的輸入端和輸出端，二選一選擇開關S2在消噪控制信號的控制下，對反相放大後的信號進行同相或者反相處理，得到信號。當進行同相處理時，增強反相放大後的信號，得到信號；當進行反相處理時，消除雜訊，得到信號。

    第十四、十五圖示出了本發明實施例提供的第一反相跟隨器（４２）和第二反相跟隨器（４３）的電路原理。

    其中第一反相跟隨器（４２）的輸入端與音頻可控衰減單元（６）的輸出端連接，其輸出端與反相加法器（４１）的輸入端連接。該第一反相跟隨器（４２）包括運放U4，與運放U4的其中一個輸入端連接的電阻R8，以及跨接在運放U4的輸入端和輸出端的電阻R9。其輸入信號為音頻可控衰減單元（６）的輸出信號，輸出信號；第二反相跟隨器（４３）的輸入端與可控反相器（４１）連接，其輸出端與反相加法器的輸入端連接。該第二反相跟隨器（４３）包括運放U5，與運放U5的其中一個輸入端連接的電阻R10，以及跨接在運放U5的輸入端和輸出端的電阻R11。其輸入信號為反相加法器（４１）的輸出信號，輸出信號。

    第十六圖示出了本發明實施例提供的反相加法器（４４）的電路原理。

    該反相加法器（４４）的兩個輸入端分別與第一反相跟隨器（４２）和第二反相跟隨器（４３）的輸出端連接，其包括運放U6，與運放U6的其中一輸入端連接的電阻R12，與運放U6的另一輸入端連接的電阻R13，跨接在運放U6的電阻R13所在的輸入端和運放U6的輸出端的電阻R14。該反相加法器（４４）的兩個輸入信號分別為第一反相跟隨器（４２）的輸入信號、第二反相跟隨器（４３）的輸出信號，輸出信號。

    第十七圖示出了本發明實施例提供的低通濾波器（４５）的電路原理。

    該低通濾波器的輸入端與反相加法器（４４）的輸出端連接。其包括第電阻R15和電容C2。該低通濾波器（４４）濾出裝置中額外產生的語音帶外的雜訊，保留語音帶內的頻率成分。

    在本發明實施例中，通過對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號，通過將該用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，生成消噪控制信號，在消噪控制信號的控制下對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理，從而實現語音背景雜訊的消除。同時通過將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號，在衰減控制信號的控制下對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號，提高接收方的聽覺舒適度。

    綜上所述，本創作確實可達到上述諸項功能及目的，故本創作應符合專利申請要件，爰依法提出申請。

(1)‧‧‧輸入端與音頻採集單元

(2)‧‧‧有效值檢測單元

(21)‧‧‧信號預放大電路

(22)‧‧‧語音信號判斷電路

(221)‧‧‧正向語音信號判斷模組

(222)‧‧‧反向語音信號判斷模組

(223)‧‧‧第一邏輯處理模組

(23)‧‧‧有效值檢測控制電路

(24)‧‧‧有效值檢測電路

(3)‧‧‧消噪控制信號產生單元

(31)‧‧‧有效語音信號比較模組

(32)‧‧‧超大語音信號比較模組

(33)‧‧‧控制信號補償模組

(34)‧‧‧第二邏輯處理模組

(4)‧‧‧消噪放大單元

(41)‧‧‧可控反相器

(42)‧‧‧第一反相跟隨器

(43)‧‧‧第二反相跟隨器

(44)‧‧‧反相加法器

(45)‧‧‧低通濾波器

(5)‧‧‧衰減控制信號產生單元

(6)‧‧‧音頻可控衰減單元

第一圖係本發明實施例提供的語音背景雜訊的消除方法的實現流程圖；

第二圖係本發明實施例提供的語音背景雜訊消除裝置的結構框圖；

第三圖係本發明實施例提供的音頻採集單元的電路原理圖；

第四圖係本發明實施例提供的信號預放大電路的電路原理圖；

第五圖係發明實施例提供的正向語音信號判斷模組和反向語音信號判斷模組的電路原理圖；

第六圖係本發明實施例提供的第一邏輯處理模組的電路原理圖；

第七圖係本發明實施例提供的有效值檢測控制電路和有效值檢測電路的電路原理圖；

第八圖係本發明實施例提供的有效語音信號比較模組和超大語音信號比較模組的電路原理圖；

第九圖係本發明實施例提供的控制信號補償模組的電路原理圖；

第十圖係本發明實施例提供的第二邏輯處理模組的電路原理圖；

第十一圖係本發明實施例提供的衰減控制信號產生單元的電路原理圖；

第十二圖係本發明實施例提供的音頻可控衰減單元的電路原理圖；

第十三圖係本發明實施例提供的可控反相器的電路原理圖；

第十四、十五圖係本發明實施例提供的第一反相跟隨器和第二反相跟隨器的電路原理圖；

第十六圖分別係為本發明實施例提供的反相加法器的電路原理圖；

第十七圖係本發明實施例提供的低通濾波器的電路原理圖。

(1)‧‧‧音頻採集單元

(2)‧‧‧有效值檢測單元

(21)‧‧‧信號預放大電路

(22)‧‧‧語音信號判斷電路

(23)‧‧‧有效值檢測控制電路

(24)‧‧‧有效值檢測電路

(3)‧‧‧消噪控制信號產生單元

(31)‧‧‧有效語音信號比較模組

(32)‧‧‧超大語音信號比較模組

(33)‧‧‧控制信號補償模組

(34)‧‧‧第二邏輯處理模組

(4)‧‧‧消噪放大單元

(41)‧‧‧可控反相器

(42)‧‧‧第一反相跟隨器

(43)‧‧‧第二反相跟隨器

(44)‧‧‧反相加法器

(45)‧‧‧低通濾波器

(5)‧‧‧衰減控制信號產生單元

(6)‧‧‧音頻可控衰減單元

Claims (16)

1. 一種語音背景雜訊的消除方法，其方法包括下述步驟：A、對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號；B、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值；C、在所述消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。
2. 如申請專利範圍第1項所述之語音背景雜訊的消除方法，其中，該步驟A具體包括：A1、判斷接收的音頻信號是否為語音信號，並根據判斷結果與前一次產生的消噪控制信號產生有效值檢測的觸發信號；A2、根據所述有效值檢測的觸發信號，對音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之語音背景雜訊的消除方法，其中，該步驟A1前包括下述步驟：對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。
4. 如申請專利範圍第2項所述之語音背景雜訊的消除方法，其中，該步驟A1包括：將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；將正向比較結果和反向比較結果進行邏輯或處理，判斷音頻信號是否為語音信號；將邏輯處理結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之語音背景雜訊的消除方法，其中，該步驟B包括：B1、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；B2、對提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理後的有效語音信號的控制信號；B3、將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；B4、將補償處理後的有效語音信號的控制信號和提取的超大信號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信號。
6. 如申請專利範圍第1項所述之語音背景雜訊的消除方法，其中，該步驟A後包括：將用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號；在所述衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。
7. 一種語音背景雜訊消除裝置，其係包括：有效值檢測單元，用於對接收的音頻信號進行有效值檢測，得到用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號；消噪控制信號產生單元，用於將所述有效值檢測單元產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第一閾值進行比較，產生消噪控制信號，所述第一閾值為語音信號的平均功率與雜訊信號的平均功率的臨界值；消噪放大單元，用於在所述消噪控制信號產生單元產生的消噪控制信號的控制下，對音頻信號中的雜訊信號進行消除處理，對語音信號進行放大處理。
8. 如申請專利範圍第7項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該有效值檢測單元包括：語音信號判斷電路，用於判斷接收的音頻信號是否為語音信號；有效值檢測控制電路，用於根據所述語音信號判斷電路的判斷結果與前一次產生的消噪控制信號進行邏輯處理，產生有效值檢測的觸發信號；有效值檢測電路，用於根據所述有效值檢測控制電路產生的有效值檢測的觸發信號，對音頻信號進行有效值檢測，產生用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號。
9. 如申請專利範圍第8項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該有效值檢測單元包括：信號預放大電路，其輸出端分別與所述語音信號判斷電路以及有效值檢測電路連接，用於對接收的音頻信號進行選擇性的預放大處理。
10. 如申請專利範圍第8項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該語音信號判斷電路包括：正向語音信號判斷模組，用於將接收的音頻信號與第二閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到正向比較結果；反向語音信號判斷模組，用於將接收的音頻信號與預設的第三閾值進行比較，判斷音頻信號是否為語音信號，得到反向比較結果；第一邏輯處理模組，用於將所述正向語音信號判斷模組得到的正向比較結果和反向語音信號判斷模組得到的反向比較結果進行邏輯或處理，判斷音頻信號是否為語音信號。
11. 如申請專利範圍第10項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該正向語音信號判斷模組和反向語音信號判斷模組均由比較器和施密特反相器組成。
12. 如申請專利範圍第8項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該有效值檢測控制電路包括邏輯或閘以及與所述邏輯或閘的輸出端連接的二選一選擇開關。
13. 如申請專利範圍第7項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該消噪控制信號產生單元包括：有效語音信號比較模組，用於將所述有效值檢測單元產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第四閾值進行比較，提取有效語音信號的控制信號；控制信號補償模組，用於對所述有效語音信號比較模組提取的有效語音信號的控制信號進行補償，得到補償處理後的有效語音信號的控制信號；超大語音信號比較模組，用於將所述有效值檢測單元產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第五閾值進行比較，提取超大信號的控制信號；第二邏輯處理模組，用於將所述控制信號補償模組補償處理後的有效語音信號的控制信號和超大語音信號比較模組提取的超大信號的控制信號進行異或處理，產生消噪控制信號。
14. 如申請專利範圍第13項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該控制信號補償模組包括：多諧振盪器，用於檢測所述有效語音信號比較模組的輸出脈衝的下降沿，一旦檢測到下降沿，就輸出一特有寬度的脈衝信號；或閘，用於將所述有效語音信號比較模組的輸出脈衝補償加寬所述多諧振盪器輸出的特有寬度的脈衝信號。
15. 如申請專利範圍第7項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該裝置還包括：衰減控制信號產生單元，用於將所述有效值檢測單元產生的用於反映音頻信號的平均功率的輸出信號與第六閾值進行比較，產生衰減控制信號；音頻可控衰減單元，用於在所述衰減控制信號產生單元產生的衰減控制信號的控制下，對接收的音頻信號進行不同比例的反相放大，以適當的縮小過大的音頻信號。
16. 如申請專利範圍第7項所述之語音背景雜訊的消除裝置，其中，該消噪放大單元包括第一反相跟隨器和可控反相器，與所述可控反相器的輸出端連接的第二反相跟隨器，分別與所述第一反相跟隨器和第二反相跟隨器的輸出端連接的反相加法器，以及與所述反相加法器的輸出端連接的低通濾波器。