CN103067628B - 残留回声抑制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信领域，公开了一种残留回声抑制方法及其装置。本发明中，通过估计的双讲因子大小来控制残留回声抑制强度的大小，在只有残留回声的时候，加大对残留回声的抑制；在残留回声和近端语音信号都存在的时候，按强度比控制残留回声的抑制大小，实现了对残留回声的动态抑制，既能保证处理好残留回声，又能够保护好近端语音和背景噪声的连续性。

Description

残留回声抑制方法及其装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及通信领域中的回声消除技术。

背景技术

一般回声消除分为两个部分：线性回声消除和残留回声消除。其中，线性回声消除主要是通过自适应滤波器来进行回声消除的。残留回声消除主要是通过残留回声抑制和残留回声检测替换进行。

虽然经过线性回声消除后，能够消除线性的回声，但不管线性滤波器处理的多好，还是会有残留回声对远端的交谈者产生困扰。原因很多，如移动终端结构的非线性因素，使用环境的变换，自适应滤波器没有很好的收敛等。所以残留回声消除在回声消除中是一个极其重要的部分。

目前的残留回声抑制方案如图1所示，主要由残留回声估计，后处理滤波器两部分组成。通过残留回声估计能够估计出残留回声估计功率谱(常用的方法有传递函数法和互相关函数法)，通过计算的这些估计回声，然后通过后处理滤波对残留回声进行消除。

评价残留回声消除的好坏有两个方面。1：残留回声是否消除干净；2：近端语音信号是否失真。然而，现有的残留回声抑制方案难以同时满足这两方面的要求。主要原因如下：

残留回声是否消除干净与近端语音信号是否失真这两方面是相互矛盾的，如果对残留回声抑制过大就会造成近端语音的失真或者背景噪声不平稳，如果对近端语音进行过渡保护，则又会造成残留回声抑制量不足。而现有的一些残留回声消除器会对残留回声消除的非常干净，但容易造成近端语音的失真甚至断续或者造成背景噪声很不连续，有些残留回声消除器对近端信号保护很好，但对残留回声信号处理不足造成残留回声信号抑制不干净，对端就会听到轻微的回声。也就是说，现有的残留回声抑制方案很难同时处理好只有残留回声与残留回声和近端语音或者背景噪声同时存在的情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种残留回声抑制方法及其装置，实现对残留回声的动态抑制，既能对残留回声进行很好的抑制，又能保护好近端语音和背景噪声。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种残留回声抑制方法，包含以下步骤：

估计用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占比例的双讲因子；

根据估计的所述双讲因子，查找到对应的衰减因子；其中，预先将所述双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大；

利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱；

根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。

本发明的实施方式还提供了一种残留回声抑制装置，包含：

衰减因子设置模块，用于预先将双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大；所述双讲因子为用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占比例的参数；

双讲因子估计模块，用于估计所述双讲因子；

衰减因子查找模块，用于根据所述双讲因子估计模块估计的所述双讲因子，查找到对应的衰减因子；

衰减模块，用于利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱；

抑制模块，用于根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。

本发明实施方式相对于现有技术而言，根据估计的双讲因子(即指示回声信号和近端信号在当前帧各占的比例的指标)查找对应的衰减因子，根据查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，根据衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。由于双讲因子指示的是回声信号和近端信号在当前帧各占的比例，在双讲因子越小的时候(说明此时回声信号越多)查找到的衰减因子越大，从而加大了对残留回声的抑制；在双讲因子越大的时候(说明此时近端语音信号越多)查找到的衰减因子越小，从而较好地保护了近端语音信号。也就是说，通过估计的双讲因子大小来控制残留回声抑制强度的大小，在只有残留回声的时候，加大对残留回声的抑制；在残留回声和近端语音信号都存在的时候，按强度比控制残留回声的抑制大小，实现了对残留回声的动态抑制，既能保证处理好残留回声，又能够保护好近端语音和背景噪声的连续性。

另外，每个区间对应的衰减因子，根据每台残留回声抑制设备的声学结构不同进行校准，进一步保证了对残留回声的抑制准确性。

另外，在估计双讲因子时，计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数，将计算的所述互相关系数的值作为所述估计双讲因子，实现简单，有利于本发明的推广应用。

另外，预先将所述双讲因子的值域划分为5个区间。将双讲因子的值域划分得越细，查找到的衰减因子越能体现残留回声的抑制精确度，将值域划分为5个区间，在实现复杂度与抑制精确度之间能取到较好的折中。

附图说明

图1是根据现有技术中的残留回声抑制实现示意图；

图2是根据本发明第一实施方式的残留回声抑制方法流程图；

图3是根据本发明第一实施方式中分段查找衰减因子的示意图；

图4是根据本发明第一实施方式的残留回声抑制方法示意图；

图5是根据本发明第三实施方式的残留回声抑制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种残留回声抑制方法。具体流程如图2所示。

在步骤210中，估计双讲因子，该双讲因子用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占的比例。

具体地说，计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数ρ_ye(k)，将计算的互相关系数的值作为所估计的双讲因子。其中，通过以下公式计算互相关系数ρ_ye(k)：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ye}}\left(k\right)=\frac{R_{\mathrm{ye}}\left(k\right)}{\sqrt{R_y\left(k\right)\·R_e\left(k\right)}}$

其中，R_ye(k)为输入信号和输出信号的互相关函数，R_y(k)为输入自相关函数，R_e(k)为输出自相关函数。在计算出ρ_ye(k)后，将该ρ_ye(k)作为估计的双讲因子。不难发现，在估计双讲因子时，计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数，将计算的互相关系数的值作为所述估计双讲因子，实现简单，有利于本实施方式的推广应用。经仿真可知，在残留回声和近端语音同时存在且近端语音较强的情况下，通过本步骤检测到的双讲因子系数较大；在残留回声和近端语音都存在且近端语音较弱的情况下，检测到的双讲因子系数较小。由仿真结果可以看到，通过本步骤能准确的反应出双讲因子强度。

接着，进入步骤220，根据估计的双讲因子，查找到对应的衰减因子。

具体地说，预先将双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大。

在本实施方式中，将值域划分为5个区间。也就是说，将双讲因子的值域，即ρ_ye(k)可能的取值范围(0到1)，划分为5个区间，每个区间对应一个衰减因子。如图3所示，当0＜ρ_ye(k)＜0.08时，对应的衰减因子factor为α1；当0.08＜ρ_ye(k)＜0.16时，对应的衰减因子factor为α2；当0.16＜ρ_ye(k)＜0.26时，对应的衰减因子factor为α3；当0.26＜ρ_ye(k)＜0.4时，对应的衰减因子factor为α4；当0.4＜ρ_ye(k)＜1时，对应的衰减因子factor为α5，α1＞α2＞α3＞α4＞α5。每个区间对应的衰减因子(即α1至α5)的具体数值，根据残留回声抑制设备的声学结构进行校准。由于将双讲因子的值域划分得越细，查找到的衰减因子越能体现残留回声的抑制精确度，因此将值域划分为5个区间，在实现复杂度与抑制精确度之间能取到较好的折中。

接着，进入步骤230，利用查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱。比如说，估计的双讲因子在区间0.08至0.16之间，则查找到的对应的衰减因子为α2，利用α2对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减。

具体地说，可通过传递函数来对残留回声进行估计，得到估计的残留回声估计功率谱。如传递函数估计表达式为：

$T\left(\mathrm{\Ω}\right)=\frac{\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)}{1-\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)}---\left(1\right)$

其中， $\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)=\frac{P_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\Ω}\right)-P_{\mathrm{ee}}\left(\mathrm{\Ω}\right)-P_{\hat{d}\hat{d}}\left(\mathrm{\Ω}\right)}{P_{\mathrm{yy}}\left(\mathrm{\Ω}\right)-P_{\mathrm{ee}}\left(\mathrm{\Ω}\right)+P_{\hat{d}\hat{d}}\left(\mathrm{\Ω}\right)}---\left(2\right)$

P_yy(Ω)为自适应滤波器输入的功率谱，P_ee(Ω)为自适应滤波器输出的残差功率谱，为估计残留回声功率谱。

由残留回声估计信号经过传输特性为T(Ω)的滤波器，得到估计的残留回声估计功率谱表达式见式3：

${\hat{P}}_{\hat{r}\hat{r}}\left(\mathrm{\Ω}\right)={\left(\frac{\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)}{1-\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)}\right)}^2{P}_{\hat{d}\hat{d}}\left(\mathrm{\Ω}\right),\hat{F}\left(\mathrm{\Ω}\right)\≠1---\left(3\right)$

然后，根据公式对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，表示衰减后的残留回声估计功率谱，如图4所示。其中，factor表示查找到的衰减因子，针对上述案例，factor＝α2。

接着，进入步骤240，根据衰减后的残留回声估计功率谱对残留回声进行抑制，如图4所示。在本实施方式中，残留回声抑制采用与噪声抑制一样的方式，进行后处理。

具体地说，可以先通过公式计算残留回声的先验信噪比通过公式计算残留回声的后验信噪比其中，S(Ω)表示近端信号频谱，R(Ω)表示残留回声信号频谱，P_ss(Ω)表示近端信号功率谱，表示衰减后的残留回声功率谱，E(Ω)表示残差信号频谱。

并通过公式计算噪声的先验信噪比通过公式计算噪声的后验信噪比其中，N(Ω)表示噪声频谱，P_nn(Ω)表示噪声功率谱。

然后，将残留回声的先验信噪比与噪声的先验信噪比进行混合，将残留回声的后验信噪比与噪声的后验信噪比进行混合。混合方式如下：

先验信噪比混合：

${\mathrm{SNR}}_{r+n}^s\left(\mathrm{\Ω}\right)=\frac{1}{{\left[{\mathrm{SNR}}_r^s\left(\mathrm{\Ω}\right)\right]}^{-1}+{\left[{\mathrm{SNR}}_n^s\left(\mathrm{\Ω}\right)\right]}^{-1}}$

后验信噪比混合：

${\mathrm{\γ}}_{r+n}^e\left(\mathrm{\Ω}\right)=\frac{1}{{\left[{\mathrm{\γ}}_r^e\left(\mathrm{\Ω}\right)\right]}^{-1}+{\left[{\mathrm{\γ}}_n^e\left(\mathrm{\Ω}\right)\right]}^{-1}}$

最后，使用混合的先验信噪比和后验信噪比，经过后处理滤波器进行噪声和残留回声的抑制。

不难发现，在本实施方式中，由于双讲因子指示的是回声信号和近端信号在当前帧各占的比例，在双讲因子越小的时候(说明此时回声信号越多)查找到的衰减因子越大，从而加大了对残留回声的抑制；在双讲因子越大的时候(说明此时近端语音信号越多)查找到的衰减因子越小，从而较好地保护了近端语音信号。也就是说，通过估计的双讲因子大小来控制残留回声抑制强度的大小，在只有残留回声的时候，加大对残留回声的抑制；在残留回声和近端语音信号都存在的时候，按强度比控制残留回声的抑制大小，实现了对残留回声的动态抑制，既能保证处理好残留回声，又能够保护好近端语音和背景噪声的连续性。经试验证明，采用本实施方式的残留回声抑制方法对残留回声处理非常妥当，不会对近端语音造成失真也不会对背景噪声造成人耳听觉上的不舒适。而且，每个区间对应的衰减因子，根据每台残留回声抑制设备的声学结构进行调试校准，进一步保证了对残留回声的抑制准确性。

本发明的第二实施方式涉及一种残留回声抑制方法。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在第一实施方式中，是在估计出双讲因子并查找到对应的衰减因子后，将对残留回声进行估计的步骤合并在步骤230中执行的。而在本发明第二实施方式中，可以先执行对残留回声进行估计的步骤，再估计出双讲因子并查找到对应的衰减因子，在步骤230中，直接利用查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，不需要在步骤230中再执行残留回声的估计。或者，在估计双讲因子和/或查找对应的衰减因子的同时，执行对残留回声进行估计的步骤。不难理解，对残留回声进行估计的步骤，与双讲因子的估计和衰减因子的查找，并没有相互的依附关系，因此在执行顺序上不存在任何必然的先后顺序。

此外，本领域技术人员可以理解，本发明的实施方式中虽然给出了一种通过传递函数对残留回声进行估计的具体实现方式，但在实际应用中，也可以通过现有的其他各种方式实现残留回声的估计，得到残留回声估计功率谱。类似地，根据衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行的抑制，也可以通过现有的其他各种方式实现，均不影响本发明所能达到的技术效果，在此不一一赘述。

另外，值得一提的是，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。

本发明第三实施方式涉及一种残留回声抑制装置，如图5所示，包含：

衰减因子设置模块，用于预先将双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大；其中，衰减因子设置模块设置的衰减因子，根据每台残留回声抑制设备的声学结构进行调试校准，所述双讲因子为用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占比例的参数。

双讲因子估计模块，用于估计所述双讲因子。

衰减因子查找模块，用于根据所述双讲因子估计模块估计的所述双讲因子，查找到对应的衰减因子。

衰减模块，用于利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱。

抑制模块，用于根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。

其中，衰减模块根据公式对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减。其中，表示衰减后的残留回声估计功率谱，表示估计的残留回声估计功率谱，factor表示所述查找到的衰减因子。

双讲因子估计模块在估计双讲因子时，计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数，将计算的所述互相关系数的值作为所述估计双讲因子。

另外，所述抑制模块可包含以下子模块：

残留回声信噪比计算子模块，用于计算残留回声的先验信噪比和后验信噪比；

噪声信噪比计算子模块，用于计算噪声的先验信噪比和后验信噪比；

混合子模块，用于将残留回声的先验信噪比与噪声的先验信噪比进行混合，将残留回声的后验信噪比与噪声的后验信噪比进行混合；

处理子模块，用于根据所述混合后的先验信噪比和后验信噪比，进行噪声和残留回声的抑制。

不难发现，本实施方式为与第一实施方式相对应的装置实施例，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

值得一提的是，本实施方式中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种残留回声抑制方法，其特征在于，包含以下步骤：

估计用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占比例的双讲因子；

根据估计的所述双讲因子，查找到对应的衰减因子；其中，预先将所述双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大；

利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱；

根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。

2.根据权利要求1所述的残留回声抑制方法，其特征在于，

所述每个区间对应的衰减因子，根据每台残留回声抑制设备的声学结构进行调试校准。

3.根据权利要求1所述的残留回声抑制方法，其特征在于，利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减的步骤中，包含以下子步骤：

根据公式对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减；

其中，表示衰减后的残留回声估计功率谱，表示估计的残留回声估计功率谱，factor表示所述查找到的衰减因子。

4.根据权利要求1所述的残留回声抑制方法，其特征在于，所述估计双讲因子的步骤中，包含以下子步骤：

计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数；

将计算的所述互相关系数的值作为所述估计双讲因子。

5.根据权利要求4所述的残留回声抑制方法，其特征在于，通过以下公式计算所述互相关系数ρ_ye(k)：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ye}}\left(k\right)=\frac{R_{\mathrm{ye}}\left(k\right)}{\sqrt{R_y\left(k\right)\·R_e\left(k\right)}}$

其中，R_ye(k)为输入信号和输出信号的互相关函数，R_y(k)为输入自相关函数，R_e(k)为输出自相关函数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的残留回声抑制方法，其特征在于，预先将所述双讲因子的值域划分为5个区间。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的残留回声抑制方法，其特征在于，根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制的步骤中，包含以下子步骤：

计算残留回声的先验信噪比和后验信噪比；

计算噪声的先验信噪比和后验信噪比；

将残留回声的先验信噪比与噪声的先验信噪比进行混合，将残留回声的后验信噪比与噪声的后验信噪比进行混合；

根据所述混合后的先验信噪比和后验信噪比，进行噪声和残留回声的抑制。

8.一种残留回声抑制装置，其特征在于，包含：

衰减因子设置模块，用于预先将双讲因子的值域划分为至少2个区间，每个区间对应一个衰减因子，越接近于0的区间，所对应的衰减因子越大；所述双讲因子为用于指示回声信号和近端语音信号在当前帧所占比例的参数；

双讲因子估计模块，用于估计所述双讲因子；

衰减因子查找模块，用于根据所述双讲因子估计模块估计的所述双讲因子，查找到对应的衰减因子；

衰减模块，用于利用所述查找到的衰减因子对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减，得到衰减后的残留回声估计功率谱；

抑制模块，用于根据所述衰减后的残留回声估计功率谱，对残留回声进行抑制。

9.根据权利要求8所述的残留回声抑制装置，其特征在于，

所述衰减因子设置模块设置的衰减因子，根据每台残留回声抑制设备的声学结构进行调试校准。

10.根据权利要求8所述的残留回声抑制装置，其特征在于，所述衰减模块根据公式对估计的残留回声估计功率谱进行功率谱衰减；

其中，良示衰减后的残留回声估计功率谱，表示估计的残留回声估计功率谱，factor表示所述查找到的衰减因子。

11.根据权利要求8所述的残留回声抑制装置，其特征在于，所述双讲因子估计模块在估计双讲因子时，计算自适应滤波器输入信号y(k)和输出信号e(k)的互相关系数，将计算的所述互相关系数的值作为所述估计双讲因子。

12.根据权利要求8至11中任一项所述的残留回声抑制装置，其特征在于，所述抑制模块包含以下子模块：

残留回声信噪比计算子模块，用于计算残留回声的先验信噪比和后验信噪比；

噪声信噪比计算子模块，用于计算噪声的先验信噪比和后验信噪比；

混合子模块，用于将残留回声的先验信噪比与噪声的先验信噪比进行混合，将残留回声的后验信噪比与噪声的后验信噪比进行混合；

处理子模块，用于根据所述混合后的先验信噪比和后验信噪比，进行噪声和残留回声的抑制。