本發(fā)明涉及一種消除系統(tǒng)及其消除方法，具體地，涉及一種風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)及其消除方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)噪聲是影響戶(hù)外語(yǔ)音通訊質(zhì)量的最大干擾源之一。一般類(lèi)型的噪聲如白噪聲、機(jī)械噪聲等對(duì)語(yǔ)音通訊的影響主要體現(xiàn)在降低語(yǔ)音的質(zhì)量，而風(fēng)噪聲除了降低語(yǔ)音質(zhì)量還可能會(huì)阻塞通話(huà)麥克風(fēng)正常的采集聲音信號(hào)，形成所謂的“風(fēng)阻”效應(yīng)，因此其對(duì)語(yǔ)音通訊的干擾尤甚。

目前為防止風(fēng)噪聲干擾，通常的做法是在通話(huà)麥克風(fēng)的外面罩上一層布網(wǎng)或泡沫塑料網(wǎng)，如此可以一定程度上降低“風(fēng)阻”效應(yīng)。但是，這種措施無(wú)法消除隨說(shuō)話(huà)人語(yǔ)音一起被麥克風(fēng)采集到的風(fēng)噪聲，因此對(duì)改善通訊質(zhì)量的效果不大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)及其消除方法，其適用于戶(hù)外語(yǔ)音通訊的風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)，可顯著改善戶(hù)外語(yǔ)音通訊質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)，包括：

電容式麥克風(fēng)，設(shè)有場(chǎng)效應(yīng)管、電容、駐極體薄膜等，用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電容式麥克風(fēng)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

音頻信號(hào)處理芯片，存儲(chǔ)有風(fēng)噪聲消除算法，用于處理模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)并輸出一個(gè)語(yǔ)言增強(qiáng)信號(hào)；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，接收音頻信號(hào)處理芯片產(chǎn)生的語(yǔ)言增強(qiáng)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

功率放大器，在給定失真率條件下，產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動(dòng)負(fù)載；

電容式麥克風(fēng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、音頻信號(hào)處理芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器依次連接。

優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器、音頻信號(hào)處理芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器安裝在一塊電路板上。

優(yōu)選地，所述電容式麥克風(fēng)的輸入端面固定安裝了一層金屬網(wǎng)。

優(yōu)選地，所述音頻信號(hào)處理芯片內(nèi)置風(fēng)噪聲消除算法。

優(yōu)選地，所述音頻信號(hào)處理芯片包括：

i²c總線(xiàn)，是一種高性能芯片間同步傳輸總線(xiàn)，用于芯片間的雙向同步數(shù)據(jù)傳輸；

輸入矩陣，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的音頻數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行第一次信號(hào)處理；

相移模塊，用于控制音頻數(shù)字信號(hào)的移相大?。?/p>

低通濾波器，用于數(shù)字信號(hào)的濾波；

優(yōu)選地，所述功率放大器包括：

前置放大器，起匹配作用，可以將前面的信號(hào)大部分吸收過(guò)去，輸出阻抗低，可以將信號(hào)大部分傳送出去，它本身又是一種電流放大器，將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，并給予適當(dāng)?shù)姆糯螅?/p>

驅(qū)動(dòng)放大器，起橋梁作用，它將前置放大器送來(lái)的電流信號(hào)作進(jìn)一步放大，將其放大成中等功率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)末級(jí)功率放大器正常工作。

本發(fā)明還提供一種風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)的消除方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，計(jì)算頻譜，定義電容式麥克風(fēng)的輸入信號(hào)為s(n)，對(duì)s(n)做快速傅立葉變換得到信號(hào)的頻譜為s(w)；

步驟二，提取低頻能量特征值，假設(shè)頻譜s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的頻點(diǎn)為sk(w)，定義信號(hào)的低頻特征值為如下式：

步驟三，計(jì)算衰減系數(shù)，計(jì)算公式如下式：

步驟四，輸出增強(qiáng)語(yǔ)音，增強(qiáng)語(yǔ)音頻譜為如下式：

步驟五，對(duì)s'(w)做反傅立葉變換得到增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明適用于戶(hù)外語(yǔ)音通訊的風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)，可顯著改善戶(hù)外語(yǔ)音通訊質(zhì)量。本發(fā)明在電容式麥克風(fēng)端面罩上一層細(xì)密的金屬網(wǎng)以克服“風(fēng)阻”效應(yīng)，同時(shí)對(duì)電容式麥克風(fēng)采集到的信號(hào)進(jìn)行后處理，消除其中的風(fēng)噪聲成分，再將增強(qiáng)后的語(yǔ)音信號(hào)輸出，以此達(dá)到提高戶(hù)外語(yǔ)音通信質(zhì)量的目的。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)的原理框圖。

圖2為被風(fēng)噪聲污染的語(yǔ)音波形圖。

圖3為被風(fēng)噪聲污染的語(yǔ)音語(yǔ)譜圖。

圖4為經(jīng)風(fēng)噪聲消除后的語(yǔ)音波形圖。

圖5為經(jīng)風(fēng)噪聲消除后的語(yǔ)音語(yǔ)譜圖。

圖6為音頻信號(hào)處理芯片的組成示意圖。

圖7為功率放大器的組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)包括電容式麥克風(fēng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、音頻信號(hào)處理芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器，電容式麥克風(fēng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、音頻信號(hào)處理芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器依次連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器、音頻信號(hào)處理芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以安裝在一塊電路板上。其中：

電容式麥克風(fēng)，設(shè)有場(chǎng)效應(yīng)管、電容、駐極體薄膜等，用于將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將電容式麥克風(fēng)產(chǎn)生的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；

音頻信號(hào)處理芯片，存儲(chǔ)有風(fēng)噪聲消除算法，用于處理模數(shù)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)并輸出一個(gè)語(yǔ)言增強(qiáng)信號(hào)；

數(shù)模轉(zhuǎn)換器，接收音頻信號(hào)處理芯片產(chǎn)生的語(yǔ)言增強(qiáng)信號(hào)并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；

功率放大器，在給定失真率條件下，產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動(dòng)負(fù)載。

圖6為上述音頻信號(hào)處理芯片的組成示意圖。如圖6所示，所述音頻信號(hào)處理芯片主要包括i²c總線(xiàn)、輸入矩陣、相移模塊、低通濾波器、功率放大器，其中：

i²c總線(xiàn)，是一種高性能芯片間同步傳輸總線(xiàn)，用于芯片間的雙向同步數(shù)據(jù)傳輸；

輸入矩陣，用于接收模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的音頻數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行第一次信號(hào)處理；

相移模塊，用于控制音頻數(shù)字信號(hào)的移相大?。?/p>

低通濾波器，用于數(shù)字信號(hào)的濾波；

圖7為上述功率放大器的組成示意圖。如圖7所示，所述音頻信號(hào)處理芯片主要包括前置放大器、驅(qū)動(dòng)放大器、末級(jí)功率放大器，其中：

前置放大器，起匹配作用，可以將前面的信號(hào)大部分吸收過(guò)去，輸出阻抗低，可以將信號(hào)大部分傳送出去，它本身又是一種電流放大器，將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)，并給予適當(dāng)?shù)姆糯螅?/p>

驅(qū)動(dòng)放大器，起橋梁作用，它將前置放大器送來(lái)的電流信號(hào)作進(jìn)一步放大，將其放大成中等功率的信號(hào)驅(qū)動(dòng)末級(jí)功率放大器正常工作；

末級(jí)功率放大器，用于將驅(qū)動(dòng)放大器送來(lái)的電流信號(hào)形成大功率信號(hào)。

本發(fā)明還提供一種風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)的消除方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，計(jì)算頻譜，定義電容式麥克風(fēng)的輸入信號(hào)為s(n)，對(duì)s(n)做快速傅立葉變換得到信號(hào)的頻譜為s(w)；

步驟二，提取低頻能量特征值，假設(shè)頻譜s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的頻點(diǎn)為sk(w)，定義信號(hào)的低頻特征值為如下式：

步驟三，計(jì)算衰減系數(shù)，計(jì)算公式如下式：

步驟四，輸出增強(qiáng)語(yǔ)音，增強(qiáng)語(yǔ)音頻譜為如下式：

步驟五，對(duì)s'(w)做反傅立葉變換得到增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)

為使本發(fā)明更具實(shí)用性，系統(tǒng)采用目前最常用的電容式麥克風(fēng)作為語(yǔ)音的輸入端，在麥克風(fēng)罩網(wǎng)的材料選擇上，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試證明，采用細(xì)密的金屬網(wǎng)比布網(wǎng)或泡沫塑料網(wǎng)對(duì)于克服“風(fēng)阻”效應(yīng)的效果更好，因此系統(tǒng)在電容式麥克風(fēng)的輸入端面固定安裝了一層金屬網(wǎng)。

電容式麥克風(fēng)在采集到混雜了風(fēng)噪聲的語(yǔ)音信號(hào)以后，將其傳遞給內(nèi)置風(fēng)噪聲消除算法的音頻信號(hào)處理芯片，經(jīng)其處理后得到語(yǔ)音增強(qiáng)信號(hào)再輸出給語(yǔ)音接收端。

考慮到戶(hù)外語(yǔ)音通訊對(duì)設(shè)備的便攜性和輕便性的要求，電路板的體積顯然不宜過(guò)大，同時(shí)采用電池供電的情況下整個(gè)電路的功耗也不宜過(guò)高，因此風(fēng)噪聲處理算法的算法復(fù)雜度和運(yùn)算量同樣不宜過(guò)大。

綜合以上因素，本發(fā)明風(fēng)噪聲消除系統(tǒng)的消除方法包括以下步驟：

步驟一，計(jì)算頻譜，定義電容式麥克風(fēng)的輸入信號(hào)為s(n)，對(duì)s(n)做快速傅立葉變換得到信號(hào)的頻譜為s(w)。

步驟二，提取低頻能量特征值，假設(shè)頻譜s(w)＝{s1(w)，s2(w)，…，sn(w)}中最接近300hz的頻點(diǎn)為sk(w)，定義信號(hào)的低頻特征值為如下式(1)：

步驟三，計(jì)算衰減系數(shù)，計(jì)算公式如下式(2)：

步驟四，輸出增強(qiáng)語(yǔ)音，增強(qiáng)語(yǔ)音頻譜為如下式(3)：

步驟五，對(duì)s'(w)做反傅立葉變換得到增強(qiáng)語(yǔ)音信號(hào)

系統(tǒng)的風(fēng)噪聲消除實(shí)驗(yàn)效果見(jiàn)圖2至圖5。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。