单通道降噪方法及装置与流程

本技术涉及语音信号处理，具体涉及一种单通道降噪方法及装置。

背景技术：

1、射频功率放大器(简称为射频功放)是射频前端的重要组成部分，通过射频功放可以使终端获取到较高的射频输出功率。射频功放的效率和功放供电电压成反比，供电电压越高效率越低；同时，为了满足输出功率，射频功放需要最低的供电电压要求。因此，为了提高射频功放的效率，需要动态控制射频功放的供电电压。

2、当信噪比比较低的时候，语音的高次谐波会被淹没在噪声中，常用的传统语音增强算法如谱减法、维纳滤波法进行噪声抑制后往往会带来谐波的损伤，从而影响语音可懂度，因此恢复语音谐波对于提升通话语音质量具有重要意义。

3、对于语音谐波恢复或增强的常见方案是对语音信号进行基音的检测，降低含噪语音频谱在基音倍频处噪声估计、或者提高基音倍频处的先验信噪比，从而实现对基音倍频，也就是谐波成分的保护，该方法对基音检测的准确性和精确度要求较高，随着倍频倍数的增加，基音检测的误差累计会导致和真实的谐波频率产生较大的偏移，不仅不能保护谐波，还会造成语音的失真。为此，业界提出了一种频域的基于余弦谐波模型的谐波增强方法，该方案改善了基音检测误差随着倍频数增加而累计的问题，利用最小二乘法估计谐波模型参数得到频域梳状滤波器恢复语音谐波，该方法的缺点是模型的参数较多，参数估计也不是简单的线性估计，算法的性能也严重地依赖模型的参数。业界还提出一种非线性的谐波恢复方法，该方法采用改进的先验信噪比估计器，将非线性函数应用于滤波后的时域信号，将滤波后的信号和非线性处理后的信号进行加权混合重新估计先验信噪比以恢复频谱中损伤的谐波，该方案的非线性处理产生了不自然的谐波，并且增加了谐波间的噪声。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种单通道降噪方法及装置，能够恢复并增强因噪声抑制而损伤的语音谐波，提升噪声环境中通话语音的可懂度。

2、一方面，本技术提供一种单通道降噪方法，所述方法包括：

3、接收含噪语音信号y(n)；

4、确定所述含噪语音信号的先验信噪比和纯净语音信号功率谱λs(l,k)；

5、根据所述纯净语音功率谱λs(l,k)进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)；

6、根据所述增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)确定信噪比，得到信噪比估计值；根据先验信噪比最小估计阈值和所述信噪比估计值确定新的先验信噪比

7、根据所述新的先验信噪比计算增益gfinal(l,k)；

8、根据所述增益gfinal(l,k)对所述含噪语音信号y(n)进行降噪处理；

9、输出降噪后的语音信号s(n)。

10、可选地，所述方法还包括：

11、将所述语音时域信号y(n)转换为频域信号y(l,k)；

12、对所述频域信号y(l,k)进行单通道噪声估计，得到噪声功率谱λn(l,k)；

13、所述确定所述含噪语音信号的先验信噪比和纯净语音信号功率谱λs(l,k)包括：

14、根据所述噪声功率谱λn(l,k)和所述频域信号y(l,k)的功率谱|y(l,k)|2，确定先验信噪比

15、将所述先验信噪比和所述噪声功率谱λn(l,k)相乘，得到所述含噪语音时域信号y(n)的纯净语音功率谱λs(l,k)。

16、可选地，所述对所述频域信号y(l,k)进行单通道噪声估计包括：采用以下任意一种方法对所述频域信号y(l,k)进行单通道噪声估计：最小值统计法、最小值跟踪、递归平均法。

17、可选地，所述确定先验信噪比包括：采用判决引导法确定先验信噪比

18、可选地，所述根据所述纯净语音功率谱λs(l,k)进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)包括：

19、根据所述纯净语音功率谱λs(l,k)得到倒谱域信号

20、对所述倒谱域信号进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)。

21、可选地，所述对所述倒谱域信号进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)包括：

22、对所述倒谱域信号进行基音检测，确定基音频率；

23、根据基音频率对应的倒谱能量对所述倒谱域信号进行谐波增强；

24、将谐波增强后的倒谱域信号变换到频域，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)。

25、可选地，所述根据基音频率对应的倒谱能量对所述倒谱域信号进行谐波增强包括：如果所述基音频率对应的倒频能量大于设定阈值thr，则增加以基音频率对应的倒频点为中心的一定范围的能量。

26、可选地，所述根据基音频率对应的倒谱能量对所述倒谱域信号进行谐波增强还包括：

27、如果所述基音频率对应的倒频能量大于设定阈值thr，则以基音频率对应倒频点为中心的一定范围内做弱平滑处理，其余除包络外的倒频点做强平滑处理；

28、否则，对所有倒频点做平滑处理。

29、可选地，所述根据所述增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)确定信噪比，得到信噪比估计值包括：根据所述增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)和所述噪声功率谱λn(l,k)计算信噪比，得到信噪比估计值。

30、可选地，所述根据先验信噪比最小估计阈值和所述信噪比估计值确定新的先验信噪比包括：选取所述信噪比估计值和所述先验信噪比最小估计阈值中的最大值作为新的先验信噪比

31、可选地，所述根据所述增益gfinal(l,k)对所述含噪语音信号y(n)进行降噪处理包括：将所述增益gfinal(l,k)与所述频域信号y(l,k)相乘，得到增强的频域信号s(l,k)。

32、可选地，所述输出降噪后的语音信号s(n)包括：

33、将所述增强的频域信号s(l,k)转换为时域信号s(l,n)；

34、将所述时域信号s(l,n)经过帧合成后输出降噪后的语音信号s(n)。

35、另一方面，本技术实施例还提供一种单通道降噪装置，所述装置包括：

36、接收模块，用于接收含噪语音信号y(n)；

37、信噪比计算模块，用于确定所述含噪语音信号的先验信噪比

38、功率谱确定模块，用于确定所述含噪语音信号的纯净语音信号功率谱λs(l,k)；

39、谐波增强模块，用于根据所述纯净语音功率谱λs(l,k)进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)；

40、信噪比更新模块，用于根据所述增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)确定信噪比，得到信噪比估计值；根据先验信噪比最小估计阈值和所述信噪比估计值确定新的先验信噪比

41、增益计算模块，用于根据所述新的先验信噪比计算增益gfinal(l,k)；

42、降噪处理模块，用于根据所述增益gfinal(l,k)对所述含噪语音信号y(n)进行降噪处理；

43、输出模块，用于输出降噪后的语音信号s(n)。

44、可选地，所述装置还包括：

45、第一信号转换模块，用于将所述语音时域信号y(n)转换为频域信号y(l,k)；

46、噪声估计模块，用于对所述频域信号y(l,k)进行单通道噪声估计，得到噪声功率谱λn(l,k)；

47、所述信噪比计算模块根据所述噪声功率谱λn(l,k)和所述频域信号y(l,k)的功率谱|y(l,k)|2，确定先验信噪比

48、所述功率谱确定模块将所述先验信噪比和所述噪声功率谱λn(l,k)相乘，得到所述含噪语音时域信号y(n)的纯净语音功率谱λs(l,k)。

49、可选地，所述谐波增强模块包括：

50、倒谱域信号生成单元，用于根据所述纯净语音功率谱λs(l,k)得到倒谱域信号

51、谐波增强单元，用于对所述倒谱域信号进行谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)。

52、可选地，所述谐波增强单元包括：

53、基音检测子单元，用于对所述倒谱域信号进行基音检测，确定基音频率；

54、谐波增强子单元，用于根据基音频率对应的倒谱能量对所述倒谱域信号进行谐波增强；

55、信号转换子单元，用于将谐波增强后的倒谱域信号变换到频域，得到增强后的纯净语音信号功率谱λ′s(l,k)。

56、可选地，所述输出模块包括：

57、第二信号转换模块，用于将所述增强的频域信号s(l,k)转换为时域信号s(l,n)；

58、帧合成模块，用于将所述时域信号s(l,n)经过帧合成后输出降噪后的语音信号s(n)。

59、另一方面，本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行前面所述单通道降噪方法的步骤。

60、本技术实施例提供的单通道降噪方法及装置，通过对含噪语音信号进行预滤波处理，结合预滤波估计的噪声功率谱和先验信噪比得到纯净语音信号的功率谱，通过谐波增强，得到增强后的纯净语音信号功率谱，重新进行信噪比估计，以提升谐波处的先验信噪比，根据新确定的先验信噪比，计算增益滤波得到最终增强的语音信号，从而能够恢复并增强因噪声抑制而损伤的语音谐波，得到高质量的语音信号。

61、进一步地，将纯净语音信号功率谱变换到倒谱域后进行基音的检测，将谐波成分通过谐波增强因子alpha(为大于1的系数)提高，其他部分进行平滑去除音乐噪声，然后逆变换到频域，重新计算先验信噪比，基于新的先验信噪比计算增益滤波得到最终增强的语音信号，从而有效去除音乐噪声，提升噪声环境中通话语音的可懂度和主观听感。