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一種低通濾波方法、系統(tǒng)及低通濾波器與流程

文檔序號(hào):42298971發(fā)布日期:2025-06-27 18:39閱讀:20來(lái)源:國(guó)知局

本發(fā)明涉及語(yǔ)音信號(hào)增強(qiáng),具體涉及一種低通濾波方法、系統(tǒng)及低通濾波器。


背景技術(shù):

1、低通濾波器是一種允許低頻信號(hào)通過(guò)、同時(shí)衰減高頻信號(hào)的電子電路,廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、通信系統(tǒng)和音頻設(shè)備中。其核心功能是通過(guò)特定的頻率響應(yīng)特性抑制高頻噪聲,保留有用低頻信息。低通濾波器一般分為被動(dòng)低通濾波器與主動(dòng)低通濾波器,其中,被動(dòng)低通濾波器的截止頻率固定,無(wú)法動(dòng)態(tài)適應(yīng)環(huán)境變化,在復(fù)雜噪聲環(huán)境中濾波效果不佳,語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)被動(dòng)低通濾波器后可能衰減;主動(dòng)低通濾波器可通過(guò)調(diào)整反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(如可變電阻)動(dòng)態(tài)改變截止頻率,增強(qiáng)高頻抑制能力,同時(shí)補(bǔ)償語(yǔ)音信號(hào)衰減;在音頻處理領(lǐng)域,主動(dòng)低通濾波器的截止頻率動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)是提升噪聲抑制效果的關(guān)鍵。

2、在現(xiàn)有方法中基于信號(hào)能量的閾值法、頻譜分析法或者固定規(guī)則調(diào)整法調(diào)整主動(dòng)低通濾波器的截止頻率,但在實(shí)際情況中用戶語(yǔ)音與背景噪聲存在重合,同時(shí)背景噪聲是隨機(jī)出現(xiàn)的,在現(xiàn)有方法中無(wú)法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確區(qū)分用戶語(yǔ)音與背景噪聲的頻率分布差異,進(jìn)而無(wú)法對(duì)主動(dòng)低通濾波器的截止頻率進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的調(diào)整,不利于對(duì)通話語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確去噪處理,影響通話質(zhì)量。


技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有方法中無(wú)法對(duì)主動(dòng)低通濾波器的截止頻率進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整的技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種低通濾波方法、系統(tǒng)及低通濾波器,所采用的技術(shù)方案具體如下:

2、第一方面,本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供了一種低通濾波方法,該方法包括以下步驟:

3、獲取當(dāng)前時(shí)間段的語(yǔ)音信號(hào);

4、通過(guò)主成分分析算法將語(yǔ)音信號(hào)分解為信號(hào)分量并獲取每個(gè)信號(hào)分量的特征值;根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量的信號(hào)分布情況和特征值,獲取每個(gè)信號(hào)分量的重要程度;

5、基于重要程度獲取目標(biāo)信號(hào)分量,根據(jù)目標(biāo)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中能量的分布情況確定目標(biāo)頻率范圍;將目標(biāo)頻率范圍中最大的頻率作為分割頻率,根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中分割頻率兩側(cè)之間非目標(biāo)頻率范圍中的能量分布差異,以及目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的能量分布情況,獲取語(yǔ)音信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率調(diào)整系數(shù);

6、基于截止頻率調(diào)整系數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率。

7、進(jìn)一步地,所述重要程度的獲取方法為:

8、對(duì)于任一個(gè)信號(hào)分量,基于該信號(hào)分量中信號(hào)的波動(dòng)情況,將該信號(hào)分量劃分為局部信號(hào)段;

9、根據(jù)局部信號(hào)段的數(shù)量以及每個(gè)局部信號(hào)段的時(shí)長(zhǎng)和振幅波動(dòng)情況,獲取該信號(hào)分量的音量穩(wěn)定程度;

10、根據(jù)任意相鄰兩個(gè)局部信號(hào)段中信號(hào)的變化情況,獲取該信號(hào)分量的音量漸變程度;

11、將該信號(hào)分量的特征值、音量穩(wěn)定程度和音量漸變程度的乘積進(jìn)行歸一化的結(jié)果,作為該信號(hào)分量的重要程度。

12、進(jìn)一步地,所述局部信號(hào)段的獲取方法為:

13、將該信號(hào)分量中的每個(gè)極大值點(diǎn)與其前一相鄰極小值點(diǎn)的振幅差值,作為每個(gè)極大值點(diǎn)的瞬時(shí)音量;

14、將瞬時(shí)音量根據(jù)對(duì)應(yīng)極大值點(diǎn)的時(shí)間順序進(jìn)行排列,獲得該信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)音量序列;

15、通過(guò)自適應(yīng)分段常數(shù)近似算法將瞬時(shí)音量序列進(jìn)行劃分獲得局部音量段,將每個(gè)局部音量段的最后一個(gè)瞬時(shí)音量對(duì)應(yīng)的極大值點(diǎn)均作為該信號(hào)分量的分割點(diǎn);

16、通過(guò)分割點(diǎn)將該信號(hào)分量劃分為局部信號(hào)段。

17、進(jìn)一步地,所述音量穩(wěn)定程度的獲取方法為:

18、對(duì)于任一個(gè)局部信號(hào)段,將該局部信號(hào)段中的最大振幅與最小振幅的差值,作為該局部信號(hào)段的音量變化值;

19、將該信號(hào)分量中所有局部信號(hào)段的音量變化值的方差,作為該信號(hào)分量的第一穩(wěn)定分析值;

20、獲取每個(gè)局部信號(hào)段的時(shí)長(zhǎng)均作為局部時(shí)長(zhǎng),將最大的局部時(shí)長(zhǎng)與當(dāng)前時(shí)間段對(duì)應(yīng)時(shí)長(zhǎng)的比值,作為該信號(hào)分量的第二穩(wěn)定分析值;

21、根據(jù)該信號(hào)分量的局部信號(hào)段數(shù)量、第一穩(wěn)定分析值和第二穩(wěn)定分析值,獲取該信號(hào)分量的音量穩(wěn)定程度;其中,局部信號(hào)段數(shù)量和第一穩(wěn)定分析值均與音量穩(wěn)定程度為負(fù)相關(guān)關(guān)系,第二穩(wěn)定分析值與音量穩(wěn)定程度為正相關(guān)關(guān)系。

22、進(jìn)一步地,所述音量漸變程度的獲取方法為:

23、對(duì)于該信號(hào)分量中任意相鄰的兩個(gè)局部信號(hào)段,將該兩個(gè)局部信號(hào)段合并為一個(gè)參考信號(hào)段,將所述參考信號(hào)段對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)音量序列中的元素?cái)M合為一條曲線,作為目標(biāo)曲線;

24、將目標(biāo)曲線的擬合誤差進(jìn)行負(fù)相關(guān)且歸一化的結(jié)果,作為所述參考信號(hào)段的參考權(quán)重;

25、將目標(biāo)曲線上所有數(shù)據(jù)點(diǎn)的切線斜率絕對(duì)值的均值進(jìn)行負(fù)相關(guān)的結(jié)果,作為所述參考信號(hào)段的參考漸變程度;

26、將參考權(quán)重與參考漸變程度的乘積,作為所述參考信號(hào)段的局部音量漸變程度;

27、將該信號(hào)分量的所有參考信號(hào)段的局部音量漸變程度的均值,作為該信號(hào)分量的音量漸變程度。

28、進(jìn)一步地,所述基于重要程度獲取目標(biāo)信號(hào)分量,根據(jù)目標(biāo)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中能量的分布情況確定目標(biāo)頻率范圍的方法為:

29、將最大的重要程度對(duì)應(yīng)的信號(hào)分量,作為目標(biāo)信號(hào)分量;

30、通過(guò)短時(shí)傅里葉變換獲取目標(biāo)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)的頻譜圖,通過(guò)最小二乘法對(duì)頻譜圖進(jìn)行曲線擬合獲得頻譜曲線;

31、通過(guò)峰谷檢測(cè)算法獲取頻譜曲線中的波峰和波谷,將相鄰兩個(gè)波谷之間的區(qū)域均作為波峰區(qū)域;獲取每個(gè)波峰區(qū)域的面積,均作為特征面積;

32、當(dāng)特征面積大于預(yù)設(shè)面積閾值時(shí),將對(duì)應(yīng)波峰區(qū)域所對(duì)應(yīng)的頻率范圍作為目標(biāo)頻率范圍。

33、進(jìn)一步地,所述截止頻率調(diào)整系數(shù)的獲取方法為:

34、對(duì)于任一個(gè)信號(hào)分量,獲取該信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的頻譜曲線中位于分割頻率之后的頻譜曲線段所對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積,作為該信號(hào)分量的高頻干擾程度;

35、獲取該信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的頻譜曲線中位于分割頻率之前且不處于目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的所有頻譜曲線段所對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積,作為該信號(hào)分量的低頻干擾程度;

36、基于低頻干擾程度與高頻干擾程度的差異,獲取該信號(hào)分量的參考調(diào)整系數(shù);

37、獲取該信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的頻譜曲線中所有位于目標(biāo)頻率范圍的頻譜曲線段所對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積與該信號(hào)分量對(duì)應(yīng)的頻譜曲線所對(duì)應(yīng)區(qū)域的面積的比值,作為該信號(hào)分量的有效程度;

38、將該信號(hào)分量的有效程度與重要程度的乘積,作為該信號(hào)分量的關(guān)注程度;

39、將該信號(hào)分量的關(guān)注程度與所有信號(hào)分量的關(guān)注程度累加結(jié)果的比值,作為該信號(hào)分量的調(diào)整權(quán)重;

40、將調(diào)整權(quán)重與參考調(diào)整系數(shù)的乘積,作為該信號(hào)分量的真實(shí)參與調(diào)整系數(shù);

41、將所有信號(hào)分量的真實(shí)參與調(diào)整系數(shù)的相加結(jié)果,作為語(yǔ)音信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率調(diào)整系數(shù)。

42、進(jìn)一步地,所述基于截止頻率調(diào)整系數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率的方法為:

43、將初始截止頻率、預(yù)設(shè)頻率調(diào)整指標(biāo)和截止頻率調(diào)整系數(shù)的乘積,作為語(yǔ)音信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率調(diào)整值;

44、將初始截止頻率與截止頻率調(diào)整值的相加結(jié)果,作為當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率。

45、第二方面,本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供了一種低通濾波系統(tǒng),該系統(tǒng)包括:

46、語(yǔ)音信號(hào)獲取模塊,用于獲取當(dāng)前時(shí)間段的語(yǔ)音信號(hào);

47、重要程度獲取模塊,用于通過(guò)主成分分析算法將語(yǔ)音信號(hào)分解為信號(hào)分量并獲取每個(gè)信號(hào)分量的特征值;根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量的信號(hào)分布情況和特征值,獲取每個(gè)信號(hào)分量的重要程度;

48、截止頻率調(diào)整系數(shù)獲取模塊,用于基于重要程度獲取目標(biāo)信號(hào)分量,根據(jù)目標(biāo)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中能量的分布情況確定目標(biāo)頻率范圍;將目標(biāo)頻率范圍中最大的頻率作為分割頻率,根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中分割頻率兩側(cè)之間非目標(biāo)頻率范圍中的能量分布差異,以及目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的能量分布情況,獲取語(yǔ)音信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率調(diào)整系數(shù);

49、截止頻率獲取模塊,用于基于截止頻率調(diào)整系數(shù)獲取當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率。

50、第三方面,本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提供了一種低通濾波器,包括:存儲(chǔ)器、處理器以及存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中并在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序,處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí),實(shí)現(xiàn)上述任意一項(xiàng)方法的步驟。

51、本發(fā)明具有如下有益效果:

52、本發(fā)明首先通過(guò)主成分分析算法將語(yǔ)音信號(hào)分解為信號(hào)分量并獲取每個(gè)信號(hào)分量的特征值,有利于后續(xù)準(zhǔn)確分析用戶語(yǔ)音對(duì)應(yīng)的信號(hào)情況;進(jìn)而根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量的信號(hào)分布情況和特征值,獲取每個(gè)信號(hào)分量的重要程度,準(zhǔn)確反映出每個(gè)信號(hào)分量為用戶語(yǔ)音分量的可能性;進(jìn)而基于重要程度獲取目標(biāo)信號(hào)分量,準(zhǔn)確確定出語(yǔ)音信號(hào)對(duì)應(yīng)的用戶語(yǔ)音的主體信號(hào)分量;進(jìn)一步根據(jù)目標(biāo)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中能量的分布情況確定目標(biāo)頻率范圍,準(zhǔn)確確定出用戶語(yǔ)音對(duì)應(yīng)的頻率范圍,有利于后續(xù)準(zhǔn)確獲取語(yǔ)音信號(hào)對(duì)應(yīng)的截止頻率;為了準(zhǔn)確分析每個(gè)信號(hào)分量受到的干擾情況,進(jìn)而將目標(biāo)頻率范圍中最大的頻率作為分割頻率,使得準(zhǔn)確分析每個(gè)信號(hào)分量是受到低頻干擾還是高頻干擾,有利于后續(xù)準(zhǔn)確分析當(dāng)前時(shí)刻下截止頻率的調(diào)整情況;進(jìn)而根據(jù)每個(gè)信號(hào)分量所對(duì)應(yīng)頻譜圖中分割頻率兩側(cè)之間非目標(biāo)頻率范圍中的能量分布差異,以及目標(biāo)頻率范圍內(nèi)的能量分布情況,獲取語(yǔ)音信號(hào)當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率調(diào)整系數(shù),準(zhǔn)確反映出當(dāng)前時(shí)刻下對(duì)低通濾波器的截止頻率的調(diào)整程度;進(jìn)而基于截止頻率調(diào)整系數(shù)準(zhǔn)確獲取當(dāng)前時(shí)刻下的截止頻率,使得對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的濾波處理,有效提高了語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量。

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