1.本发明涉及噪音处理技术领域，更具体地说，本发明涉及课堂音效背景噪音消除装置模块。
背景技术：2.信噪比，又称为讯噪比。是指一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。这里面的信号指的是来自设备外部需要通过这台设备进行处理的电子信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号(或信息)，并且该种信号并不随原信号的变化而变化。
3.语音传输过程中环境噪声对语音信号的干扰是不可避免的，语音降噪的主要目的是从带噪语音中提取出尽可能纯净的原始语音，提高识别率。
4.在语音传递过程中，常常会出现除语音外的其它声音，这就是人们常说的噪声。噪音会严重影响到通信语音的质量，长时间的噪音还会对人的听力产生一定的危害。所以，在通信系统日益复杂和人们对语音质量要求越来越高的情况下，噪声消除变得越来越重要。
5.在课堂教学中，教师将自身声音通过麦克风和扬声器进行转换放大，使教室中学生充分清晰的了解教师讲解的内容，但是由于教学环境中存在的噪声，可能导致麦克风收音过程收录教师语音信号和噪声信号混合的声音信号，在噪声信号较大，甚至盖过教师语音信号时，会导致扬声器发出声音存在较大杂音，甚至无法清洗播放教师声音，导致整体的教学授课过程存在明显缺点，因此研究一种课堂音效背景噪音消除装置模块具有重要意义。
技术实现要素：6.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了课堂音效背景噪音消除装置模块，本发明所要解决的技术问题是：由于教学环境中存在的噪声，可能导致麦克风收音过程收录教师语音信号和噪声信号混合的声音信号，在噪声信号较大，甚至盖过教师语音信号时，会导致扬声器发出声音存在较大杂音，甚至无法清洗播放教师声音，导致整体的教学授课过程存在明显缺点的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：课堂音效背景噪音消除装置模块，包括声音采集单元，所述声音采集单元与处理器电连接，所述处理器的输出端与匹配判断单元的输入端电连接，所述匹配判断单元的输入端与数据存储单元的输出端电连接，所述匹配判断单元的输出端与噪声处理单元的输入端电连接，所述噪声处理单元的输出端与数据处理单元的输出端电连接，所述数据处理单元的输出端与对比单元的输入端电连接，所述对比单元的输出端与输出单元的输入端电连接，所述输出单元的输入端与噪声处理单元的输出端电连接。
8.作为本发明的进一步方案：所述声音采集单元包括麦克风，所述麦克风的输出端与模数转换单元的输入端电连接，所述麦克风用于收集声音信号，并将声音信号转化为模
拟电信号；
9.所述模数转换单元用于将模拟电信号转换为数字信号。
10.作为本发明的进一步方案：所述输出单元包括数模转换单元，所述数模转换单元的输出端与信号放大单元的输入端电连接，所述信号放大单元的输出端与扬声器的输入端电连接，所述数模转换单元用于将数字信号转化为模拟电信号；
11.所述信号放大单元用于将模拟电信号进行放大；
12.所述扬声器用于将模拟电信号转化为相应的声音信号。
13.作为本发明的进一步方案：所述声音信号包括语音信号和噪声信号，所述数据存储单元用于存储噪声信号样本及其特征和信噪比预设值。
14.作为本发明的进一步方案：所述匹配判断单元用于将采集的声音信号与数据存储单元中的噪声信号样本进行比对，判断声音信号中是否存在与噪声信号特征相似的部分，判断声音信号中是否存在噪声信号；
15.所述噪声处理单元用于对声音信号中的噪声信号进行压缩处理；
16.所述数据处理单元用于对含有噪声信号的声音信号进行信噪比计算，根据噪声信号与语音信号计算出信噪比；
17.所述对比单元将计算得出的声音信号信噪比与信噪比预设值进行比对，若是声音信号信噪比小于信噪比预设值，则调整信号放大单元功率，若是声音信号信噪比不小于信噪比预设值，则按预设信号放大单元功率进行模拟电信号放大。
18.作为本发明的进一步方案：所述噪声处理单元对含有噪声信号的声音信号的处理具体为：
19.声音信号的数学模型为：
20.g(t)＝s(t)+e(t)
21.g(t)为声音信号，s(t)为语音信号，e(t)为噪声信号；
22.对声音信号g(t)采取离散采样，得到n点离散型f(n),n＝0,1,2λn-1,其小波变换为：
23.其中wf(i,k)为小波系数；
24.借助双尺度方程得到小波变换的递归实现方法；
25.sf(j+1,k)＝sf(j,k)*h(j,k)
26.wf(j+1,k)＝sf(j,k)*g(j,k)
27.h(j,k)对应于尺度函数低通去噪：
28.g(j,k)对应小波函数ψ(x)高通去噪；
29.sf(j,k)对应尺度函数；
30.wf(j,k)对应小波系数；
31.sf(j,k)对应原始信号f(k)。
32.相应的小波变换重构式为：
[0033][0034]
其中对应重构低通去噪器；
[0035]
对应高通去噪器；
[0036]
小波阈值函数分为硬阈值函数和软阈值函数，其中硬阈值函数为：
[0037][0038]
其中，wt小波系数，th阈值；
[0039]
软阈值函数为：
[0040][0041]
其中，wt小波系数，th阈值；
[0042]
对软阈值函数和硬阈值函数进行改进：
[0043][0044]
课堂音效背景噪音消除装置模块，所述噪音消除方法，包括以下步骤：
[0045]
s1、获取声音信号；
[0046]
s2、将声音信号与噪声样本信号进行匹配比对判断声音信号内是否存在噪声信号，若声音信号内存在噪声信号则进行噪声处理，若声音信号内不存在噪声信号则，直接将声音信号作为语音信号输出；
[0047]
s3、对含有噪声信号的声音信号进行降噪处理，并计算噪声信号与语音信号之间的信噪比；
[0048]
s4、判断计算得出的信噪比与信噪比预设值的大小，若是信噪比小于信噪比预设值则调整信号放大单元功率，增大信号放大值，若是信噪比不小于信噪比预设值则按照预设信号放大功率进行信号处理；
[0049]
s5、根据信噪比对模拟电信号放大值进行调整，并将调整后的模拟电信号转化为声音信号发出。
[0050]
信噪比对音质有明显影响：
[0051]
一是过大的噪声会严重干扰听音者对声音本身内容的关注，对于那些幅度很大的噪声信号而言的。
[0052]
二是噪声会影响音乐细节的再现。人耳的听觉具有“遮蔽效应”，在遮蔽效应中，除了强音对于弱音，低频音对高频音具有“屏蔽作用”外，还包括另一个现象，就是当两个声音的响度相差不大的时候，往往我们会把这两种声音混淆在一起，或者会感到出现时间比较长的那个声音的存在，出现时间短的声音就会弱化。正常情况下，噪声电平通常都不高，而音乐中的某些细节和噪声电平相当，这样，这些细节就会被“淹没在噪声的海洋中”，使得我们无法感受到它们。而这些细节(也称为弱信号)在声音重播环节中往往起到非常微妙的作用，我们所谓的“临场感”“空气感”“堂音”“泛音”等等主观音质中的元素就靠它们来实现，没有了它们“高保真”的效果就会大打折扣。
[0053]
三是某些类型的噪声时系统故障的先兆或者诱因，如果不及时解决和避免，可能对系统的安全造成隐患。
[0054]
本发明的有益效果在于：
[0055]
1、本发明通过对声音信号与噪声信号样本进行匹配，首先判断声音信号中是否存在噪声信号，并对噪声信号采取降噪方式，且该校近函数对噪声信号的去除，可有效保证语音信号的真实度，在一定程度上保证对噪声的顺利处理，使教师授课过程中如果出现明显噪声，实现对噪声的自动处理，避免噪声对声音放大过程中的影响，保证音效真实；
[0056]
2、本发明通过数据处理单元和对比单元，用于计算声音信号中的噪声信号与语音信号的信噪比，判断信噪比的数值与信噪比预设值之间进行比对，当信噪比小于信噪比预设值时，表面噪声比较明显，即使消除噪声信号后，教师发出的语音信号在整体环境中亦不够明显，此时根据对信号放大的功率进行调整，使语音信号在经过放大后声音效果更为明显清晰，根据环境便于对降噪后整体的声音效果进行优化，保证授课语音的效果。
附图说明
[0057]
图1为本发明连接示意图；
[0058]
图2为本发明声音采集单元内部示意图；
[0059]
图3为本发明输出单元内部示意图；
[0060]
图4为本发明方法流程示意图。
具体实施方式
[0061]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0062]
如图1-4所示，本发明提供了课堂音效背景噪音消除装置模块，包括声音采集单元，噪声处理单元声音采集单元与处理器电连接，噪声处理单元处理器的输出端与匹配判断单元的输入端电连接，噪声处理单元匹配判断单元的输入端与数据存储单元的输出端电连接，噪声处理单元匹配判断单元的输出端与噪声处理单元的输入端电连接，噪声处理单元噪声处理单元的输出端与数据处理单元的输出端电连接，噪声处理单元数据处理单元的输出端与对比单元的输入端电连接，噪声处理单元对比单元的输出端与输出单元的输入端电连接，噪声处理单元输出单元的输入端与噪声处理单元的输出端电连接。
[0063]
噪声处理单元声音采集单元包括麦克风，噪声处理单元麦克风的输出端与模数转换单元的输入端电连接，噪声处理单元麦克风用于收集声音信号，并将声音信号转化为模拟电信号；
[0064]
噪声处理单元模数转换单元用于将模拟电信号转换为数字信号。
[0065]
噪声处理单元输出单元包括数模转换单元，噪声处理单元数模转换单元的输出端与信号放大单元的输入端电连接，噪声处理单元信号放大单元的输出端与扬声器的输入端电连接，噪声处理单元数模转换单元用于将数字信号转化为模拟电信号；
[0066]
噪声处理单元信号放大单元用于将模拟电信号进行放大；
[0067]
噪声处理单元扬声器用于将模拟电信号转化为相应的声音信号。
[0068]
噪声处理单元声音信号包括语音信号和噪声信号，噪声处理单元数据存储单元用
于存储噪声信号样本及其特征和信噪比预设值。
[0069]
噪声处理单元匹配判断单元用于将采集的声音信号与数据存储单元中的噪声信号样本进行比对，判断声音信号中是否存在与噪声信号特征相似的部分，判断声音信号中是否存在噪声信号；
[0070]
噪声处理单元噪声处理单元用于对声音信号中的噪声信号进行压缩处理；
[0071]
噪声处理单元数据处理单元用于对含有噪声信号的声音信号进行信噪比计算，根据噪声信号与语音信号计算出信噪比；
[0072]
噪声处理单元对比单元将计算得出的声音信号信噪比与信噪比预设值进行比对，若是声音信号信噪比小于信噪比预设值，则调整信号放大单元功率，若是声音信号信噪比不小于信噪比预设值，则按预设信号放大单元功率进行模拟电信号放大。
[0073]
噪声处理单元噪声处理单元对含有噪声信号的声音信号的处理具体为：
[0074]
声音信号的数学模型为：
[0075]
g(t)＝s(t)+e(t)
[0076]
g(t)为声音信号，s(t)为语音信号，e(t)为噪声信号；
[0077]
对声音信号g(t)采取离散采样，得到n点离散型f(n),n＝0,1,2λn-1,其小波变换为：
[0078]
其中wf(i,k)为小波系数；
[0079]
借助双尺度方程得到小波变换的递归实现方法；
[0080]
sf(j+1,k)＝sf(j,k)*h(j,k)
[0081]
wf(j+1,k)＝sf(j,k)*g(j,k)
[0082]
h(j,k)对应于尺度函数低通去噪：
[0083]
g(j,k)对应小波函数ψ(x)高通去噪；
[0084]
sf(j,k)对应尺度函数；
[0085]
wf(j,k)对应小波系数；
[0086]
sf(j,k)对应原始信号f(k)。
[0087]
相应的小波变换重构式为：
[0088][0089]
其中对应重构低通去噪器；
[0090]
对应高通去噪器；
[0091]
小波阈值函数分为硬阈值函数和软阈值函数，其中硬阈值函数为：
[0092][0093]
其中，wt小波系数，th阈值；
[0094]
软阈值函数为：
[0095]
[0096]
其中，wt小波系数，th阈值；
[0097]
对软阈值函数和硬阈值函数进行改进：
[0098][0099]
课堂音效背景噪音消除装置模块，噪声处理单元噪音消除方法，包括以下步骤：
[0100]
s1、获取声音信号；
[0101]
s2、将声音信号与噪声样本信号进行匹配比对判断声音信号内是否存在噪声信号，若声音信号内存在噪声信号则进行噪声处理，若声音信号内不存在噪声信号则，直接将声音信号作为语音信号输出；
[0102]
s3、对含有噪声信号的声音信号进行降噪处理，并计算噪声信号与语音信号之间的信噪比；
[0103]
s4、判断计算得出的信噪比与信噪比预设值的大小，若是信噪比小于信噪比预设值则调整信号放大单元功率，增大信号放大值，若是信噪比不小于信噪比预设值则按照预设信号放大功率进行信号处理；
[0104]
s5、根据信噪比对模拟电信号放大值进行调整，并将调整后的模拟电信号转化为声音信号发出。
[0105]
含噪信号信噪比的计算采用：
[0106][0107]
信噪比对音质有明显影响：
[0108]
一是过大的噪声会严重干扰听音者对声音本身内容的关注，对于那些幅度很大的噪声信号而言的。
[0109]
二是噪声会影响音乐细节的再现。人耳的听觉具有“遮蔽效应”，在遮蔽效应中，除了强音对于弱音，低频音对高频音具有“屏蔽作用”外，还包括另一个现象，就是当两个声音的响度相差不大的时候，往往我们会把这两种声音混淆在一起，或者会感到出现时间比较长的那个声音的存在，出现时间短的声音就会弱化。正常情况下，噪声电平通常都不高，而音乐中的某些细节和噪声电平相当，这样，这些细节就会被“淹没在噪声的海洋中”，使得我们无法感受到它们。而这些细节(也称为弱信号)在声音重播环节中往往起到非常微妙的作用，我们所谓的“临场感”“空气感”“堂音”“泛音”等等主观音质中的元素就靠它们来实现，没有了它们“高保真”的效果就会大打折扣。
[0110]
三是某些类型的噪声时系统故障的先兆或者诱因，如果不及时解决和避免，可能对系统的安全造成隐患。
[0111]
综上可得，本发明中：
[0112]
本发明通过对声音信号与噪声信号样本进行匹配，首先判断声音信号中是否存在噪声信号，并对噪声信号采取降噪方式，且该校近函数对噪声信号的去除，可有效保证语音信号的真实度，在一定程度上保证对噪声的顺利处理，使教师授课过程中如果出现明显噪
声，实现对噪声的自动处理，避免噪声对声音放大过程中的影响，保证音效真实；
[0113]
本发明通过数据处理单元和对比单元，用于计算声音信号中的噪声信号与语音信号的信噪比，判断信噪比的数值与信噪比预设值之间进行比对，当信噪比小于信噪比预设值时，表面噪声比较明显，即使消除噪声信号后，教师发出的语音信号在整体环境中亦不够明显，此时根据对信号放大的功率进行调整，使语音信号在经过放大后声音效果更为明显清晰，根据环境便于对降噪后整体的声音效果进行优化，保证授课语音的效果。
[0114]
其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
[0115]
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.课堂音效背景噪音消除装置模块，包括声音采集单元，其特征在于：所述声音采集单元与处理器电连接，所述处理器的输出端与匹配判断单元的输入端电连接，所述匹配判断单元的输入端与数据存储单元的输出端电连接，所述匹配判断单元的输出端与噪声处理单元的输入端电连接，所述噪声处理单元的输出端与数据处理单元的输出端电连接，所述数据处理单元的输出端与对比单元的输入端电连接，所述对比单元的输出端与输出单元的输入端电连接，所述输出单元的输入端与噪声处理单元的输出端电连接。2.根据权利要求1所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于：所述声音采集单元包括麦克风，所述麦克风的输出端与模数转换单元的输入端电连接，所述麦克风用于收集声音信号，并将声音信号转化为模拟电信号；所述模数转换单元用于将模拟电信号转换为数字信号。3.根据权利要求2所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于：所述输出单元包括数模转换单元，所述数模转换单元的输出端与信号放大单元的输入端电连接，所述信号放大单元的输出端与扬声器的输入端电连接，所述数模转换单元用于将数字信号转化为模拟电信号；所述信号放大单元用于将模拟电信号进行放大；所述扬声器用于将模拟电信号转化为相应的声音信号。4.根据权利要求3所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于：所述声音信号包括语音信号和噪声信号，所述数据存储单元用于存储噪声信号样本及其特征和信噪比预设值。5.根据权利要求4所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于：所述匹配判断单元用于将采集的声音信号与数据存储单元中的噪声信号样本进行比对，判断声音信号中是否存在与噪声信号特征相似的部分，判断声音信号中是否存在噪声信号；所述噪声处理单元用于对声音信号中的噪声信号进行压缩处理；所述数据处理单元用于对含有噪声信号的声音信号进行信噪比计算，根据噪声信号与语音信号计算出信噪比；所述对比单元将计算得出的声音信号信噪比与信噪比预设值进行比对，若是声音信号信噪比小于信噪比预设值，则调整信号放大单元功率，若是声音信号信噪比不小于信噪比预设值，则按预设信号放大单元功率进行模拟电信号放大。6.根据权利要求5所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于：所述噪声处理单元对含有噪声信号的声音信号的处理具体为：声音信号的数学模型为：g(t)＝s(t)+e(t)g(t)为声音信号，s(t)为语音信号，e(t)为噪声信号；对声音信号g(t)采取离散采样，得到n点离散型f(n),n＝0,1,2λn-1,其小波变换为：其中wf(i,k)为小波系数；借助双尺度方程得到小波变换的递归实现方法；sf(j+1,k)＝sf(j,k)*h(j,k)
wf(j+1,k)＝sf(j,k)*g(j,k)h(j,k)对应于尺度函数低通去噪：g(j,k)对应小波函数ψ(x)高通去噪；sf(j,k)对应尺度函数；wf(j,k)对应小波系数；sf(j,k)对应原始信号f(k)。相应的小波变换重构式为：其中对应重构低通去噪器；对应高通去噪器；小波阈值函数分为硬阈值函数和软阈值函数，其中硬阈值函数为：其中，wt小波系数，th阈值；软阈值函数为：其中，wt小波系数，th阈值；对软阈值函数和硬阈值函数进行改进：7.根据权利要求6所述的课堂音效背景噪音消除装置模块，其特征在于，所述噪音消除方法，包括以下步骤：s1、获取声音信号；s2、将声音信号与噪声样本信号进行匹配比对判断声音信号内是否存在噪声信号，若声音信号内存在噪声信号则进行噪声处理，若声音信号内不存在噪声信号则，直接将声音信号作为语音信号输出；s3、对含有噪声信号的声音信号进行降噪处理，并计算噪声信号与语音信号之间的信噪比；s4、判断计算得出的信噪比与信噪比预设值的大小，若是信噪比小于信噪比预设值则调整信号放大单元功率，增大信号放大值，若是信噪比不小于信噪比预设值则按照预设信号放大功率进行信号处理；s5、根据信噪比对模拟电信号放大值进行调整，并将调整后的模拟电信号转化为声音信号发出。
技术总结本发明公开了课堂音效背景噪音消除装置模块，具体涉及噪音处理技术领域，包括声音采集单元，所述声音采集单元与处理器电连接，所述处理器的输出端与匹配判断单元的输入端电连接，所述匹配判断单元的输入端与数据存储单元的输出端电连接，所述匹配判断单元的输出端与噪声处理单元的输入端电连接。本发明通过对声音信号与噪声信号样本进行匹配，首先判断声音信号中是否存在噪声信号，并对噪声信号采取降噪方式，且该校近函数对噪声信号的去除，可有效保证语音信号的真实度，在一定程度上保证对噪声的顺利处理，使教师授课过程中如果出现明显噪声，实现对噪声的自动处理，避免噪声对声音放大过程中的影响，保证音效真实。保证音效真实。保证音效真实。
技术研发人员：吴丹 许宝群 甘俊杰 潘辉程
受保护的技术使用者：珠海华章科技有限公司
技术研发日：2022.07.06
技术公布日：2022/11/1
