降噪方法及远距离指向性拾音麦克风与流程

本发明涉及拾音设备，尤其涉及降噪方法及远距离指向性拾音麦克风。

背景技术：

1、在音频技术领域，远距离拾音一直是一个技术挑战。现有的麦克风在远距离拾音时，由于环境噪声、空气传播衰减以及麦克风本身的性能限制，往往导致拾取的声音信号质量下降，信噪比降低。这不仅影响了语音通信的清晰度，也限制了音频录制和声音识别的准确性。

2、为了解决这一问题，业界已经提出了多种解决方案。例如，通过增加麦克风的灵敏度或采用阵列麦克风技术来增强远距离拾音能力。然而，这些方法往往伴随着噪声放大和指向性不足的问题。此外，现有的降噪技术大多针对近距离的固定环境，对于远距离和动态环境的降噪效果并不理想。

3、综上所述，现有的麦克风在远距离拾音时捕获的音频信号不稳定、信噪比低，为此本发明提出一种降噪方法及远距离指向性拾音麦克风。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足提供降噪方法及远距离指向性拾音麦克风，旨在解决现有技术在动态环境中远距离拾音信号质量差的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种降噪方法，包括：

4、拾音步骤：采用心形麦克风正对音源拾音得到待处理音频；

5、预处理步骤：根据音源的距离将待处理音频放大预定倍数，再转化为数字信号得到初始音频；

6、特性提取步骤：对所述初始音频进行时域分析得到时域特性，通过傅里叶变换将所述初始音频转换到频域，进行频域分析得到频域特性，基于频域特性和时域特性对初始音频进行特性提取得到音频特性；

7、滤波步骤：根据所述音频特性和应用需求选择滤波器的种类，并调整滤波器的参数对所述初始音频进行滤波得到去噪音频；

8、信号转换步骤：将所述去噪音频转换为差分信号进行传输。

9、进一步的，所述预处理步骤包括：

10、放大步骤：获取所述待处理音频的音源与麦克风的距离，将所述待处理音频放大目标倍数，所述目标倍数由以下公式确定：

11、

12、其中，n是所述目标倍数，d是所述待处理音频的音源与麦克风的距离，v是对应场景下的声速；

13、抗混叠滤波步骤：对放大后的待处理音频进行抗混叠滤波；

14、采样步骤：在对所述待处理音频进行抗混叠滤波后，按照预定采样频率对所述待处理音频进行采样得到音频样本；

15、编码步骤：根据精度需求设置保存所述音频样本时的存储空间的容量，将所述音频样本按照预定编码格式转换为对应位数的二进制数进行存储得到初始音频。

16、进一步的，所述特性提取步骤包括：

17、时域分析步骤：计算出所述初始音频的方差、峰值、谷值、短时能量得到时域特性；

18、频域分析步骤：将所述初始音频通过傅里叶变换转化到频域，获取所述初始音频的频率成分，根据频率成分计算出频率特性；

19、提取特性步骤：从所述时域特性中提取所述初始音频中声音信号的离散程度、强弱、幅度范围和能量，从所述频域特性中提取所述初始音频的频谱、频率成分、功率谱密度和谐波结构。

20、进一步的，所述时域分析步骤包括：

21、绘制波形步骤：以时间为横坐标，单位为毫秒，振幅为纵坐标，绘制出所述初始音频的第一时域波形图；

22、图形调整步骤：计算出所述时域波形图的拟合函数，去除所述第一时域波形图中与所述拟合函数偏离预定距离的点，按照拟合函数补齐被去除音频数据的位置得到第二时域波形图；

23、基本特性计算步骤：从所述第二时域波形图中计算出所述初始音频的方差、峰值、谷值、短时能量。

24、进一步的，所述频域分析步骤包括：

25、变换步骤：利用傅里叶公式将所述初始音频的时域表示转换为频域表示并绘制频谱图，公式为：

26、

27、其中，x(t)是所述初始音频的音频信号在时域中的表示，x(f)是所述音频信号的转换结果，是所述音频信号在频域上的表示，f是频率，j是虚数单位，满足j2＝-1，e-j2πft表示信号在不同频率上的权重；

28、计算频率成分步骤：设定高频率阈值和低频率阈值，计算所述高频率阈值与所述低频率阈值之间的音频数据占所有音频数据的比例得到主要频率比例，不断调整所述高频率阈值和低频率阈值，当所述主要频率比例大于预定比例阈值时，将所述高频率阈值与所述低频率阈值之间的音频数据作为频率成分，并计算频率成分的幅度和相位；

29、计算功率谱密度步骤：计算所述初始音频在频域中的表示结果的模的平方得到功率谱密度；

30、计算谐波结构步骤：从所述频谱图中识别基频和谐波的成分，并分别计算基频与谐波的幅度比和相位差。

31、进一步的，所述提取特性步骤包括：

32、确定需求步骤：根据所述初始音频的场景、传输的目标及处理标准确定对所述初始音频的处理需求；

33、提取特性步骤：根据所述处理需求选择对应的时域特性进行提取，根据所述处理需求选择对应的频域特性进行提取，将提取结果作为所述初始音频的音频特性。

34、进一步的，所述滤波步骤包括：

35、滤波器选择步骤：根据所述音频特性选择对应的带阻滤波器和带通滤波器各一个，将带阻滤波器的输出作为带通滤波器的输入，组合为一个混合滤波器；

36、参数调整步骤：根据所述音频特性调整所述混合滤波器的截止频率、带宽、通带增益、阻带衰减；

37、降噪滤波步骤：将所述初始音频输入到所述混合滤波器进行滤波后得到去噪音频。

38、进一步的，所述信号转换步骤包括：

39、格式转换步骤：将所述初始音频的格式转换为pcm格式；

40、电平转换步骤：采用逻辑电平位移器将所述转换格式后的初始音频的信号进行调整；

41、差分步骤：采用差分编码器将所述初始音频由单端信号转换为互补的差分信号；

42、信号增强步骤：采用驱动器对所述差分信号格式的初始音频进行增强。

43、一种远距离指向性拾音麦克风，应用上述的降噪方法，包括：拾音器和信号处理电路，

44、所述拾音器的振膜后方的密封罐上设置有开孔，所述开孔上覆盖有声阻尼；

45、所述信号处理电路包括信号放大电路和降噪电路。

46、本发明的有益效果是：通过采用心形麦克风对音源进行拾音，可以提高麦克风的拾音距离，同时，对麦克风后侧的声音忽略；拾取到音频数据后，先将音频的模拟信号放大，再转换为数字信号，便于降噪和传输；通过降噪算法对数字信号形式的音频进行特征提取，得到音频的特性，根据音频的特性选择具体的滤波器并对滤波器的参数进行调整，再通过滤波器对音频进行滤波达到降噪、提高音频清晰度的效果；最后将音频信号转换为差分数字信号进行传输，进而提高传输过程的稳定性；本发明通过改进麦克风的拾音结构和降噪算法，可以在保证远距离拾音的同时，有效抑制环境噪声，提高声音信号的信噪比，从而满足高质量音频通信和声音识别的需求。