TWI902105B - 語音增強系統 - Google Patents

語音增強系統

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TWI902105B TW112151245A TW112151245A TWI902105B TW I902105 B TWI902105 B TW I902105B TW 112151245 A TW112151245 A TW 112151245A TW 112151245 A TW112151245 A TW 112151245A TW I902105 B TWI902105 B TW I902105B
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Abstract

本案關於一種語音增強系統,其行動裝置中的處理單元將無線音訊裝置所接收的第一參考音訊以及行動裝置所接收的第二參考音訊,進行前處理程序,以利用特徵聲音模型獲得多種特徵遮罩,可根據需求利用特徵遮罩將實際音訊中對應於該參考音訊的特徵進行乘積處理,當使用者配戴無線音訊裝置進行溝通時,與使用者溝通的對方聲音為實際音訊,行動裝置的處理單元可將與使用者溝通的對方聲音增強,使得使用者可清楚聽到其聲音,進而增強無線音訊裝置收音的清晰度。

Description

語音增強系統
本案關於一種語音增強系統,尤指一種清晰度較高的語音增強系統。
通常,助聽器中的收音裝置位於本體上,當佩戴助聽器的使用者進行溝通時,與使用者溝通的對方聲音以及使用者的本身聲音皆由該助聽器上的收音裝置進行收音、處理以及播放,由於與使用者溝通的對方聲音的距離較遠,使得傳送到助聽器的音量衰減,且容易被環境音所干擾,例如環境噪音較大的馬路邊、賣場、餐廳、車站等場所,又由於佩戴助聽器的使用者的本身聲音距離助聽器的收音裝置較近,且加上骨傳導的效果,佩戴助聽器的使用者的本身聲音傳送至助聽器的收音裝置的音量及品質通常會大於與使用者溝通的對方聲音傳送至助聽器的收音裝置的音量及品質,使得與使用者溝通的對方聲音傳送至助聽器的收音裝置的音量較小且清晰度較低。
因此,如何發展一種克服上述缺點的語音增強系統,實為目前迫切之需求。
本案之目的在於提供一種語音增強系統,其行動裝置中的處理單元將無線音訊裝置所接收的第一參考音訊以及行動裝置所接收的第二參考音訊,進行前處理程序,以利用特徵聲音模型獲得多種特徵遮罩,可根據需求利用特徵遮罩將實際音訊中對應於該參考音訊的特徵進行乘積處理,當使用者配戴無線音訊裝置進行溝通時,與使用者溝通的對方聲音為實際音訊,行動裝置的處理單元可將與使用者溝通的對方聲音增強,使得使用者可清楚聽到其聲音,進而增強無線音訊裝置收音的清晰度。
為達上述目的,本案之一較廣義實施態樣為提供一種語音增強系統,包含無線音訊裝置及行動裝置。無線音訊裝置包含第一收音單元,用以接收第一參考音訊。行動裝置與無線音訊裝置之間進行資料傳輸,以接收第一參考音訊,且行動裝置包含第二收音單元及處理單元。第二收音單元用以接收第二參考音訊與實際音訊。處理單元用以執行前處理程序,處理單元具有記憶單元,且記憶單元儲存特徵聲音模型,前處理程序包含以下步驟:轉換第一參考音訊與第二參考音訊為第一音訊嵌入特徵與第二音訊嵌入特徵,以及載入第一音訊嵌入特徵、第二音訊嵌入特徵及實際音訊於特徵聲音模型,以獲得第一特徵遮罩與第二特徵遮罩。處理單元將實際音訊由時域形式轉換為頻域形式,並以第二特徵遮罩將實際音訊中對應於第二參考音訊的特徵進行乘積處理,以提供第一輸出音訊。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化,其皆不脫離本案的範圍,且其中的說明及圖式在本質上系當作說明之用,而非用於限制本案。
請參閱第1圖及第2圖,其中第1圖為本案的語音增強系統的系統架構圖,第2圖為第1圖所示的語音增強系統的部分元件的系統架構圖。如圖所示,本案的語音增強系統1包含第一無線音訊裝置2、第二無線音訊裝置3及行動裝置4。第一無線音訊裝置2可為但不限為助聽器、無線耳機、VR/AR/MR眼鏡、智慧手錶或智慧手機等,包含第一收音單元21及第一播放單元22,第一收音單元21用以接收第一參考音訊,其中第一參考音訊為時域形式,且係由鄰近於第一收音單元21的音源所提供。第一播放單元22用以播放第一輸出音訊及/或第二輸出音訊。
第二無線音訊裝置3可為但不限為筆電、平板或智慧手機等。於一實施例中,行動裝置4可位於第二無線音訊裝置3中,而於另一實施例中,行動裝置4可獨立於第二無線音訊裝置3外。於本案中,以行動裝置4獨立於第二無線音訊裝置3外進行說明,如第1圖所示。行動裝置4與第一無線音訊裝置2以及第二無線音訊裝置3之間以無線或有線的方式進行資料傳輸,例如以藍芽、WIFI、2.4G、USB2.0/3.0的方式進行資料傳輸,以接收第一無線音訊裝置2所接收到的第一參考音訊。行動裝置4包含第二收音單元41以及處理單元42,第二收音單元41用以接收第二參考音訊與實際音訊,其中第二參考音訊與實際音訊為時域形式,且第二參考音訊與實際音訊皆係由鄰近於第二收音單元41的相同聲源(例如人聲)所提供。
處理單元42用以執行前處理程序,其中前處理程序包含以下步驟,首先,分別轉換第一參考音訊與第二參考音訊為第一音訊嵌入特徵與第二音訊嵌入特徵。接著,載入第一音訊嵌入特徵、第二音訊嵌入特徵及實際音訊於處理單元42內的記憶單元中的特徵聲音模型, 以獲得第一特徵遮罩及第二特徵遮罩,以下將進一步說明處理單元42的內部電路結構及其細部功能。此外,處理單元42更可以透過前處理程序中所獲得的第一音訊嵌入特徵或第二音訊嵌入特徵,與新接收到的聲音嵌入特徵,透過比對歐式距離的方式,來判別聲音是否源自於相同的人。
如第2圖所示,處理單元42包含時域/頻域轉換器421、辨頻器422、矩陣重塑器423、編碼器424、記憶單元425、混音器426及頻域/時域轉換器427。時域/頻域轉換器421包含短時距傅立葉變換(Short-time Fourier Transform, STFT)的功能,用以接收第一收音單元21的第一參考音訊以及第二收音單元41的第二參考音訊,並將第一參考音訊及第二參考音訊由時域形式轉換為頻域形式。辨頻器422包含梅爾頻率倒譜係數(Mel-scale Frequency Cepstral Coefficients, MFCC),用以根據頻域形式的第一參考音訊及第二參考音訊,而確認第一參考音訊中的第一音訊特徵以及第二參考音訊中的第二音訊特徵,其中第一音訊特徵為第一參考音訊中具有其訊息的可量化屬性,第二音訊特徵為第二參考音訊中具有其訊息的可量化屬性。矩陣重塑器(reshape)423用以將第一參考音訊的第一音訊特徵以及第二參考音訊的第二音訊特徵分別轉換為第一矩陣及第二矩陣,即將第一音訊特徵以及第二音訊特徵以矩陣形式進行量化。編碼器(encoder)424對第一矩陣及第二矩陣進行編碼,以分別對應輸出第一音訊嵌入特徵(embedding data)及第二音訊嵌入特徵,其中第一音訊嵌入特徵及第二音訊嵌入特徵的維度分別為64。記憶單元425儲存特徵聲音模型,當第一音訊嵌入特徵、第二音訊嵌入特徵與實際音訊載入特徵聲音模型時,以獲得第一特徵遮罩與第二特徵遮罩。
另外,本案記憶單元425內的特徵聲音模型,亦可以根據第一音訊嵌入特徵及第二音訊嵌入特徵作持續訓練的數據,用以強化效果。本實施例中記憶單元425的特徵聲音模型包含一層門控循環單元(Gated Recurrent Unit, GRU)及兩層長短時記憶(Long Short-Term Memory, LSTM)。
請參閱第3圖並配合第1圖及第2圖,其中第3圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第二參考音訊進行乘積處理時的部分細部架構圖。於第3圖中僅示出,當行動裝置4建立特徵聲音模型後,進一步接收實際音訊的控制架構,即第2圖中的部分的控制架構。如圖所示,行動裝置4的第二收音單元41更接收實際音訊,其中實際音訊為時域形式。時域/頻域轉換器421將實際音訊由時域形式轉換為頻域形式。混音器426接收記憶單元425內的第二特徵遮罩以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的第二特徵遮罩將實際音訊中對應於第二參考音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第一輸出音訊。頻域/時域轉換器427將第一輸出音訊由頻域形式轉換為時域形式。 行動裝置4更將時域形式的第一輸出音訊輸出至第一無線音訊裝置2的第一播放單元22。換句話說,行動裝置4將其所接收到的實際音訊中對應於第一無線音訊裝置2所提供的參考音訊減弱,使得使用者利用第一無線音訊裝置2的第一播放單元22播放第一輸出音訊時,第一輸出音訊中關於第一無線音訊裝置2所接收的音源被衰減,即使用者可清晰聽到行動裝置4所接收的音源。
請參閱第4圖並配合第1圖及第2圖,其中第4圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第一參考音訊進行乘積處理時的部分細部架構圖。於第4圖中僅示出,當行動裝置4建立特徵聲音模型後,進一步接收實際音訊的控制架構,即第2圖中的部分的控制架構。如圖所示,行動裝置4的第二收音單元41更接收實際音訊,其中實際音訊為時域形式。時域/頻域轉換器421將實際音訊由時域形式轉換為頻域形式。混音器426接收記憶單元425內的第一特徵遮罩以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的第一特徵遮罩將實際音訊中對應於第一參考音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第二輸出音訊。頻域/時域轉換器427將第二輸出音訊由頻域形式轉換為時域形式。行動裝置4更將時域形式的第二輸出音訊輸出至第一無線音訊裝置2的第一播放單元22。換句話說,行動裝置4將其所接收到的實際音訊中對應於行動裝置4所提供的參考音訊減弱,使得使用者利用第一無線音訊裝置2的第一播放單元22播放第二輸出音訊時,第二輸出音訊中關於行動裝置4所接收的音源被衰減,即使用者可清晰聽到第一無線音訊裝置2所接收的音源。
當然,於一些實施例中,行動裝置4亦可包含第二播放單元43,以播放第一輸出音訊及/或第二輸出音訊。或者,於一些實施例中,第二無線音訊裝置3亦具有播放單元,以播放第一輸出音訊及/或第二輸出音訊。
於一些實施例中,如第5圖及第6圖所示,行動裝置4的處理單元42中包含儲存單元428,用以儲存第一輸出音訊及/或第二輸出音訊,以分別轉換第一輸出音訊及/或第二輸出音訊為第一語音備忘錄及/或第二語音備忘錄,使語音增強系統1具有語音備忘錄的功能。
於一些實施例中,除了對兩個參考音訊中的其中之一參考音訊進行乘積處理外,更可同時對另一參考音訊進行乘積處理,以取得更清晰的音源。請參閱第7圖並配合第1圖及第2圖,其中第7圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第一參考音訊與第二參考音訊同時進行乘積處理時的部分細部架構圖。於第7圖中僅示出,當行動裝置4建立特徵聲音模型後,進一步接收實際音訊的控制架構,即第2圖中的部分的控制架構。如圖所示,行動裝置4的第二收音單元41更接收實際音訊,其中實際音訊為時域形式。時域/頻域轉換器421將實際音訊由時域形式轉換為頻域形式。於本實施例中,混音器426包含第一子混音器426a及第二子混音器426b,其中混音器426的第一子混音器426a接收記憶單元425內的第二特徵遮罩以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的第二特徵遮罩將實際音訊中對應於第二參考音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第一輸出音訊,混音器426的第二子混音器426b接收記憶單元425的特徵聲音模型以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的第一特徵遮罩將實際音訊中對應於第一參考音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第二輸出音訊。頻域/時域轉換器427分別將第一輸出音訊及第二輸出音訊由頻域形式轉換為時域形式。且於本實施例中,行動裝置4的處理單元42更包含加減法器429,用以將轉換為時域形式的第一輸出音訊及第二輸出音訊進行增強或衰減以輸出一完整輸出音訊。行動裝置4更將時域形式的完整輸出音訊輸出至第一無線音訊裝置2的第一播放單元22。換句話說,行動裝置4同時增強所接收到的實際音訊中對應於行動裝置4所提供的參考音訊以及對應於第一無線音訊裝置2所提供的參考音訊,使得使用者利用第一無線音訊裝置2的第一播放單元22播放完整輸出音訊時,使用者可同時清晰聽到行動裝置4所接收的音源以及第一無線音訊裝置2所接收的音源。當然,於本實施例中,行動裝置4的處理單元42中更可包含儲存單元428,用以儲存第一輸出音訊及/或第二輸出音訊,以分別轉換第一輸出音訊及/或第二輸出音訊為第一語音備忘錄及/或第二語音備忘錄,使語音增強系統1具有語音備忘錄的功能。
於一些實施例中,行動裝置4可利用將背景音源產生特徵遮罩的方式,使行動裝置4所接收的音源以及第一無線音訊裝置2所接收的音源加入背景音源,進而使輸出音訊較為柔和。於本實施例中,第一無線音訊裝置2更接收背景音源,並利用背景音源產生背景特徵遮罩於記憶單元425中,其特徵遮罩的產生方法相似於第2圖的特徵遮罩的產生方法,故於此不再贅述。
請參閱第8圖並配合第1圖及第2圖,其中第8圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第二參考音訊及背景音源進行乘積處理時的部分細部架構圖。於第8圖中僅示出,當行動裝置4建立特徵聲音模型後,進一步接收實際音訊的控制架構,即第2圖中的部分的控制架構。如圖所示,行動裝置4的第二收音單元41更接收實際音訊,其中實際音訊為時域形式。時域/頻域轉換器421將實際音訊由時域形式轉換為頻域形式。於本實施例中,混音器426包含第一子混音器426a及第二子混音器426b,其中混音器426的第一子混音器426a接收記憶單元425內的第二特徵遮罩以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的第二特徵遮罩將實際音訊中對應於第二參考音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第一輸出音訊,混音器426的第二子混音器426b接收記憶單元425的特徵聲音模型以及頻域形式的實際音訊,並利用特徵聲音模型中的背景特徵遮罩將實際音訊中對應於背景音訊的特徵進行乘積處理(spectrogram multiplication),例如進行阿達瑪乘積(Hadamard matrix)處理,以提供第二輸出音訊。頻域/時域轉換器427分別將第一輸出音訊及第二輸出音訊由頻域形式轉換為時域形式。且於本實施例中,行動裝置4的處理單元42更包含加減法器429,用以將轉換為時域形式的第一輸出音訊及第二輸出音訊進行比較以輸出一完整輸出音訊。行動裝置4更將時域形式的完整輸出音訊輸出至第一無線音訊裝置2的第一播放單元22。換句話說,行動裝置4同時增強所接收到的實際音訊中對應於行動裝置4所提供的參考音訊以及對應於第一無線音訊裝置2所提供的背景音訊,使得使用者利用第一無線音訊裝置2的第一播放單元22播放完整輸出音訊時,使用者可清晰聽到行動裝置4所接收的音源,且該音源經過柔和處理,使得其的音訊較不死板。當然,於本實施例中,行動裝置4的處理單元42中包含儲存單元428,用以儲存第一輸出音訊及/或第二輸出音訊,以分別轉換第一輸出音訊及/或第二輸出音訊為第一語音備忘錄及/或第二語音備忘錄,使語音增強系統1具有語音備忘錄的功能。
綜上所述,本案揭露一種語音增強系統,其行動裝置中的處理單元將無線音訊裝置所接收的第一參考音訊以及行動裝置所接收的第二參考音訊,進行前處理程序,以利用特徵聲音模型獲得多種特徵遮罩,可根據需求利用特徵遮罩將實際音訊中對應於該參考音訊的特徵進行乘積處理,舉例來說,當使用者配戴無線音訊裝置進行溝通時,與使用者溝通的對方聲音為實際音訊,行動裝置的處理單元可將與使用者溝通的對方聲音增強,使得使用者可清楚聽到其聲音,進而增強無線音訊裝置收音的清晰度。
1:語音增強系統 2:第一無線音訊裝置 21:第一收音單元 22:第一播放單元 3:第二無線音訊裝置 4:行動裝置 41:第二收音單元 42:處理單元 43:第二播放單元 421:時域/頻域轉換器 422:辨頻器 423:矩陣重塑器 424:編碼器 425:記憶單元 426:混音器 426a:第一子混音器 426b:第二子混音器 427:頻域/時域轉換器 428:儲存單元 429:加減法器
第1圖為本案的語音增強系統的系統架構圖; 第2圖為第1圖所示的語音增強系統的部分元件的系統架構圖; 第3圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第二參考音訊進行乘積處理時的部分細部架構圖; 第4圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第一參考音訊進行乘積處理時的部分細部架構圖; 第5圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第二參考音訊進行乘積處理時的另一實施例的部分細部架構圖; 第6圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第一參考音訊進行乘積處理時的另一實施例的部分細部架構圖; 第7圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第一參考音訊與第二參考音訊同時進行乘積處理時的部分細部架構圖;以及 第8圖為第1圖所示的語音增強系統的行動裝置內處理單元於第二參考音訊及背景音源進行乘積處理時的部分細部架構圖。
2:第一無線音訊裝置
21:第一收音單元
22:第一播放單元
4:行動裝置
41:第二收音單元
42:處理單元
421:時域/頻域轉換器
422:辨頻器
423:矩陣重塑器
424:編碼器
425:記憶單元
426:混音器
427:頻域/時域轉換器

Claims (10)

  1. 一種語音增強系統,包含:一無線音訊裝置,包含一第一收音單元,用以接收一第一參考音訊;以及一行動裝置,與該無線音訊裝置之間進行資料傳輸,以接收該第一參考音訊,且該行動裝置包含:一第二收音單元,用以接收一第二參考音訊與一實際音訊;以及一處理單元,用以執行一前處理程序,該處理單元具有:一記憶單元,且該記憶單元儲存一特徵聲音模型;一時域/頻域轉換器,將該第一參考音訊及該第二參考音訊由時域形式轉換為頻域形式;一辨頻器,確認該第一參考音訊中的一第一音訊特徵及該第二參考音訊中的一第二音訊特徵;一矩陣重塑器,將該第一音訊特徵及該第二音訊特徵分別轉換為一第一矩陣及一第二矩陣;以及一編碼器,對該第一矩陣及該第二矩陣進行編碼,以分別對應輸出一第一音訊嵌入特徵及一第二音訊嵌入特徵;其中,該前處理程序包含以下步驟:轉換該第一參考音訊與該第二參考音訊為該第一音訊嵌入特徵與該第二音訊嵌入特徵;以及載入該第一音訊嵌入特徵、該第二音訊嵌入特徵及該實際音訊於該特徵聲音模型,以獲得一第一特徵遮罩與一第二特徵遮罩;其中,該處理單元將該實際音訊由時域形式轉換為頻域形式,並以該第二特徵遮罩將該實際音訊中對應於該第二參考音訊的特徵進行乘積處理,以提供一第一輸出音訊。
  2. 如請求項1所述的語音增強系統,其中該處理單元更包含一混音器,接收該第二特徵遮罩以及該實際音訊,並利用該第二特徵遮罩將該實際音訊中對應於該第二參考音訊的特徵進行乘積處理。
  3. 如請求項1所述的語音增強系統,其中於該行動裝置的該第二收音單元接收該實際音訊時,該時域/頻域轉換器將該實際音訊由時域形式轉換為頻域形式,並利用該第一特徵遮罩將該實際音訊中對應於該第一參考音訊的特徵進行乘積處理,以提供一第二輸出音訊。
  4. 如請求項3所述的語音增強系統,其中該語音增強系統包含一加減法器,用以增強或衰減該第一輸出音訊及該第二輸出音訊,以對應輸出一完整輸出音訊。
  5. 如請求項3所述的語音增強系統,其中該語音增強系統更包含一頻域/時域轉換器,以將該第一輸出音訊及/或該第二輸出音訊由頻域形式轉換為時域形式。
  6. 如請求項5所述的語音增強系統,其中該無線音訊裝置包含一播放單元,用以播放時域形式的該第一輸出音訊及/或該第二輸出音訊。
  7. 如請求項3所述的語音增強系統,其中該語音增強系統更包含一儲存單元,用以儲存該第一輸出音訊及/或該第二輸出音訊,並將該第一輸出音訊及/或該第二輸出音訊分別轉換為一第一語音備忘錄及/或一第二語音備忘錄。
  8. 如請求項1所述的語音增強系統,其中該特徵聲音模型中更具有一背景特徵遮罩,該背景特徵遮罩對應於該無線音訊裝置的一背景音源,該時域/頻域轉換器將該實際音訊由時域形式轉換為頻域形式,並利用該背景特徵遮罩將該實際音訊中對應於該背景音源的特徵進行乘積處理,以提供一第二輸出音訊。
  9. 如請求項1所述的語音增強系統,其中該第一音訊嵌入特徵及/或該第二音訊嵌入特徵的維度分別為64。
  10. 如請求項1所述的語音增強系統,其中該第二參考音訊與該實際音訊係由相同聲源所提供。
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