CN102387272A - 一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法。回声抵消系统中自适应算法利用输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)调节传递函数的权值，尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数h(n)，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到输出误差信号e(n)，e(n)中包含残留回声δ(n)。本发明将y(n)和e(n)通过傅里叶变换转换为频域信号Y(ω)和E(ω)，计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)，由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。同时为了防止后处理滤波结果变化过大而导致的块效应，上述后处理过程采用交迭累加平滑处理。本发明还公开实施该算法的设备，通过本发明的方法和设备，可以有效的抑制残留回声。

Description

一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法

一、技术领域

本发明涉及一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法，利用期望响应的估计值y(n)和包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)计算得到的后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除，同时为了防止后处理滤波结果变化过大导致的块效应，采用了交迭累加平滑处理。

二、背景技术

随着通讯技术的不断发展，人们对便捷交流方式的要求越来越高，视频会议系统得到了越来越多的应用。在这类通信终端中，近端语音经传声器采集后通过网络(互联网或专用网)传到远端，由于远端传声器和扬声器之间的耦合，使得近端语音传回本地，形成声学回声。声学回声严重影响语音传输质量，因此回声抵消系统在视频会议系统中是不可或缺的。

解决这个问题的方法已有大量文献进行了讨论，一般的回声抵消系统中都会包括一个自适应滤波器，利用该滤波器尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数。如附图1所示，x(n)为输入参考信号，d(n)为传声器采集到的信号即期望响应，y(n)为期望响应的估计值，e(n)为输出误差信号，h(n)为回声路径的冲激响应，为自适应滤波器系数，自适应滤波的目的是通过反复调整

的权值，使得

逐渐向h(n)逼近。但在实际应用中，由于系统冲激响应变动、滤波器长度有限、系统非线性等因素的影响会使得自适应滤波系统存在较为明显的系统残差，在回声抵消系统中表现为存在残留回声δ(n)，因此需要引入后处理滤波器来提高回声抑制量。本发明提出了一种利用输出误差信号e(n)和期望响应估计y(n)的相关性构造的后处理滤波器，具体表现为附图2。另外，为了防止滤波结果变化过大导致的块效应，需要对后处理结果进行交迭累加平滑处理，达到在尽量不损失近端语音音质的条件下将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

三、发明内容

本发明涉及一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法，利用期望响应的估计值y(n)和包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)计算得到的后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

A)自适应算法利用输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)调节传递函数的权值，尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数h(n)，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)；

B)将上述接收到的信号y(n)和e(n)通过傅里叶变换转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

C)计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

D)由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，具体公式为

利用帧叠累加平滑处理在尽量不影响近端语音的情况下将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

本发明涉及一种回声抵消系统中残留回声抑制方法设备，通过以下技术方案来实现：

A)接收单元，接收自适应算法由输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)计算得到的期望响应的估计值y(n)，以及由e(n)＝d(n)-y(n)计算得到的包含残留回声δ(n)的输出误差信号；

B)转换单元，用于将y(n)、e(n)转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

C)计算单元，用于计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

D)后处理滤波器，用根据公式

得到的后处理滤波器将存在于e(n)中的残留回声δ(n)中进一步消除。

四、附图说明

图1是回声抵消系统中自适应滤波器工作框图。

图2是回声抵消系统中自适应滤波和后处理工作框图。

图3是本发明提供的残留回声抑制方法的一个实施流程示意图。

图4为本发明提供的残留回声抑制方法实施的一个信号处理流程示意图。

图5为本发明提供的残留回声抑制设备的一个实施流程示意图。

图6为本发明中的回声抵消系统工作流程示意图。

图7为本发明在无近端语音时按照附图6所述流程工作后得到的一组波形图。

图8为本发明在存在近端语音时按照附图6所述流程工作后得到的一组波形图。

五、具体实施

下面通过实例参照附图对本发明进行说明

附图3为本发明提供的残留回声抑制方法的一个实施流程示意图，该实例实施包括以下步骤：

S1：自适应算法利用输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)调节传递函数

的权值，尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数h(n)，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)；

S2：将上述接收到的信号y(n)和e(n)通过傅里叶变换转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

S3：计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

S4：由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，具体表现为公式：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=1-\sqrt{\frac{{\left|S_{\mathrm{ye}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}{S_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\ω}\right)S_{\mathrm{ee}}\left(\mathrm{\ω}\right)}}---\left(1\right);$

S5：在尽量不影响近端语音音质的情况下将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

为了防止滤波结果变化过大导致的块效应，需要对后处理结果进行交迭累加平滑处理，附图4为本发明提供的残留回声抑制方法实施的一个信号处理流程示意图。

x(n)为输入参考信号，d(n)为传声器采集到的信号即期望响应，h(n)为回声路径的冲激响应，

为全频带自适应滤波器系数，自适应滤波的目的是通过反复调整

的权值，使得

逐渐向h(n)逼近，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到输出误差信号e(n)＝d(n)-y(n)，以上所述变量均是时域信号；

将y(n)、e(n)以50％交叠构成帧信号y(m)、e(m)，一帧为M点；

对重叠的帧信号y(m)、e(m)分别做M点FFT的得到信号Y(ω)和E(ω)，Y(ω)和E(ω)为频域信号；

由Y(ω)和E(ω)计算S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)，Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)由公式(2)通过迭代方法得到：

S_ye(ω)＝(1-λ)S_ye(ω)+λ(Y(ω)E^*(ω))       (2)

其中λ为平滑因子，需要满足条件：0＜λ＜1，实际选取由系统所需平滑程度决定，E^*(ω)表示取E(ω)共轭；

类似的，Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)分别由公式(3)和公式(4)通过迭代方法得到：

S_yy(ω)＝(1-λ)S_yy(ω)+λ(Y(ω)Y^*(ω))            (3)

S_ee(ω)＝(1-λ)S_ee(ω)+λ(E(ω)E^*(ω))            (4)

由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，具体表现为公式：

将后处理滤波器作用在帧信号e(m)上，得到E′(ω)＝E(ω)H(ω)，对E′(ω)做M点的IFFT，得到处理后的帧信号e′(m)；

对帧信号e′(m)加hamming窗平滑，对齐相加，重构后处理后的时域序列e′(n)。

附图5为本发明提供的残留回声抑制设备的一个实施流程示意图，该实例实施包括以下步骤：

接收单元，接受自适应算法由输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)计算得到的期望响应的估计值y(n)，以及由e(n)＝d(n)-y(n)计算得到的包含残留回声δ(n)的输出误差信号；

转换单元，用于将y(n)、e(n)转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

计算单元，用于计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

后处理滤波器，用于根据公式

得到的后处理滤波器将存在于e(n)中的残留回声δ(n)中进一步消除。

本发明中的双声道回声抵消系统工作流程如附图6所示，该系统考虑到回声抵消运算的复杂性，以及在DSP上实现的运算量和系统的实时性要求，自适应算法采用多延时频域算法(MDF)，同时将原始采样信号降采样至16kHz采样率下进行处理。这样一种处理方式很容易扩充到多通道的回声抵消系统中。

DSP的AD在48kHz采样率下采集得到参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)；

对在48kHz采样率下得到的信号降采样，得到16kHz采样率下的信号x(n)和d(n)；

自适应滤波设备中自适应算法利用信号x(n)与d(n)调节传递函数的权值，尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数h(n)，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)；

将上述接收到的信号y(n)和e(n)通过本发明提供的残留回声抑制设备，计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)，由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，具体公式为

在尽量不影响近端语音的情况下将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除，得到后处理后的信号e′(n)；

将16kHz采样率下计算得到的信号e′(n)升采样得到48kHz采样率下的信号；

将升采样后的信号送到DSP的DA输出。

附图7为本发明在无近端语音时按照附图6所述流程工作后得到的一组波形图。其中(1)为传声器采集的到回声其中不包含近端语音；(2)为自适应滤波后得到误差信号；(3)为经过后处理后得到的误差信号。比较图7(2)和图7(3)可见通过后处理，在无近端语音时，残留回声信号得到了有效的抑制。

附图8为本发明在存在近端语音时按照附图6所述流程工作后得到的一组波形图。其中(1)为传声器采集的到包含回声和近端语音的信号；(2)为实际近端语音信号；(3)为自适应滤波后得到近端语音信号；(4)为经过后处理后得到的近端语音信号。由附图8可见通过后处理，在存在近端语音时，近端语音信号在尽量不损伤音质的条件下被更准确的分离出来。

本发明提出一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法，利用期望响应的估计值y(n)和包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)计算得到的后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除，在无近端语音情况下回声误差信号得到进一步的抑制，在存在近端语音情况下近端语音信号在尽量不损伤音质的条件下被更准确的分离出来。

Claims (3)

1.一种回声抵消系统中残留回声的抑制方法，其特征在于：

A)自适应算法利用输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)调节传递函数

的权值，尽可能好的匹配回声路径所对应的传递函数h(n)，得到期望响应的估计值y(n)，进而得到包含残留回声δ(n)的输出误差信号e(n)；

B)将上述接收到的信号y(n)和e(n)通过傅里叶变换转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

C)计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

D)由S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)计算后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

2.如权利要求1所述的回声抵消系统中残留回声的抑制方法，其特征在于：利用参数S_ye(ω)、S_yy(ω)、S_ee(ω)根据公式：

设计后处理滤波器，将残留回声δ(n)从e(n)中进一步消除。

3.如权利要求1所述的回声抵消系统中残留回声的抑制方法的一种回声抵消系统中残留回声抑制方法设备，其特征在于：

A)接收单元，接收自适应算法由输入参考信号x(n)与传声器采集到的信号d(n)计算得到的期望响应的估计值y(n)，以及由公式：e(n)＝d(n)-y(n)计算得到的包含残留回声δ(n)的输出误差信号；

B)转换单元，用于将y(n)、e(n)转换为频域信号Y(ω)和E(ω)；

C)计算单元，用于计算Y(ω)和E(ω)的互功率谱密度S_ye(ω)、Y(ω)的功率谱密度S_yy(ω)和E(ω)的功率谱密度S_ee(ω)；

D)后处理滤波器，用根据公式

得到的后处理滤波器将存在于e(n)中的残留回声δ(n)中进一步消除。

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