CN103561184B - 基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法，涉及音视频处理技术领域。本方法是一种近端音频信号标定和修正方法，对设备的麦克风和喇叭频率变换先做一次标定并生成一组频率校正参数；设备运行中先用之前标定好的频率校正参数先对采集的音频信号做一次校正，再与自适应滤波器模块生成的估计回声音频信号相减实现回声消除功能。本发明能够很好地消除变频后的回声；简化自适应滤波器计算量，具有更好的收敛性；适合处理长回声；减少了噪音和抑制。

Description

基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法
技术领域
本发明涉及音视频处理技术领域，尤其涉及一种基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法。
背景技术
回声是音频系统的常见问题，回声源自本地音频环回。当你的麦克风拾取来自你的喇叭的音频信号，并将信号与你的语音一起发送到另一端通话者时，将出现本地音频环回；另一端通话者会听到自己在讲话时语音的回声。要完全消除回声，一种最简单的方法就是使用耳机。耳机贴近通话者的耳部，播放音频的音量较低，从而阻止了麦克风拾取音频信号，但在音频会议系统中是不可能使用耳机的。
目前有很多方法解决了回声消除的问题，最为流行的方法有自适应滤波回声消除方法，但这种方法是需要有较好的喇叭和麦克风来播放和采集音频信号，使远端传过来的音频信号通过喇叭播放后被麦克风采集使音频信号在频域上未发生较大改变，若使用低端的喇叭和麦克风播放并采集音频信号由于采集到的音频信号在频域上发生偏移导致近端音频信号和估计回声音频信号不能够很好的相抵消达到消除回声目的。
发明内容
本发明的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法。
本发明的技术方案是：
本发明针对喇叭设备导致的频率偏差（由于喇叭放音品质有偏差导致），在喇叭播放远端音频信号和麦克风采样时造成的频率偏移，导致远端音频信号通过自适应滤波器生成的估计回声音频信号不能很好地与近端音频信号携带的回声相抵消。为解决这类问题，提出近端音频信号标定和修正方法，对设备的麦克风和喇叭频率变换先做一次标定并生成一组频率校正参数。设备运行中先用之前标定好的频率校正参数先对采集的音频信号做一次校正，再与自适应滤波器模块生成的估计回声音频信号相减实现回声消除功能。
具体地说，本方法包括下列步骤：
①通过网络或其他通讯方式获取远端音频信号；
②喇叭播放远端音频信号,同时将远端音频信号输入到自适应滤波器模块输出估计回声音频信号；
③麦克风采集近端说话者的声音和喇叭播放的声音生成近端音频信号；
④导入音频校正参数，对近端音频信号进行一次校正，使近端音频信号频率逼近远端音频信号频率；
⑤校正后的近端音频信号减去估计回声音频信号，获得残差音频信号；
⑥残差音频信号通过非线性处理器模块得到最终的去回声音频信号；
⑦通过网络或其他通讯方式将去回声音频信号发送到远端。
本发明具有下列优点和积极效果：
①能够很好地消除变频后的回声；
②简化自适应滤波器模块计算量具有更好的收敛性；
③适合处理长回声；
④减少了噪音和抑制。
附图说明
图1是本系统的结构方框图，
101—麦克风，   102—喇叭，       103—存储设备，
104—微处理器， 105—网络控制器， 106—电源；
图2是自适应滤波回声消除算法流程图；
图3是喇叭和麦克风信号频率变化标定流程图；
图4是回声消除算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、消除变频回声的系统
1、总体
如图1，本系统包括麦克风101、喇叭102、存储设备103、微处理器104、网络控制器105和电源106；
微处理器104分别与麦克风101、喇叭102、存储设备103和网络控制器105
连接，控制整个系统运行；
电源106分别与存储设备103、网络控制器105和微处理器104连接，提供
电压电流。
2、功能部件
1）麦克风101
麦克风101用于采集近端说话者的声音和喇叭播放的声音。
2）喇叭102
喇叭102用于播放接收到的远端音频信号。
3）存储设备103
存储设备103用于保存接收到的远端音频信号，回声消除时读取存储设备中103的远端音频信号。
4）微处理器104
微处理器104是音视频处理器（本发明应用的测试平台是TI的DM365），其实现对数据通信、数据存取、喇叭播放频率和麦克风采集频率的控制，运行自适应滤波回声消除算法实现回声消除目的。
5）网络控制器105
网络控制器105用于近端设备与远端设备之间的数据通信，通信方式为全双工通信。
6）电源106：
电源106用于给各个模块提供电压电流。
二、消除变频回声的方法
1、自适应滤波回声消除算法流程
自适应滤波回声消除算法流程是将音频信号从时域变换到频域进行分析，引入快速傅里叶变换(FFT)和块处理，将获得可观的计算量简化和更好的收敛性；采用分段块频域自适应滤波器算法，收集足够的处理数据，适合处理长回声。
具体地，如图2，自适应滤波回声消除算法流程是：
近端音频信号d(n)是由回声混和近端说话者的声音和噪声得到，远端音频信号x(n)通过自适应滤波器模块A后产生估计回声音频信号y(n)，从近端音频信号d(n)中减去估计回声音频信号y(n)得到残差音频信号e(n)，达到回声消除的目的；最后通过残差音频信号e(n)更新自适应滤波器模块参数w(n)，使自适应滤波器模块产生的估计回声音频信号y(n)更加接近于真实回声。
1、喇叭和麦克风信号频率变化标定流程
如图3，喇叭和麦克风信号频率变化标定流程是：
在设备出厂前先对每台设备做一次离线标定，求得每台设备频率校正参数；
A、通过网络或其他通讯方式获取远端发送的音频信号存入存储设备103并通过喇叭102播放远端音频信号-301，快速傅里叶变换(FFT)将远端音频信号从时域转换到频域-302，统计远端音频信号频域分布-303；
B、麦克风101采集喇叭播放的音频信号生成近端音频信号-304，快速傅里叶变换(FFT)将采集生成的近端音频信号从时域转换到频域-305，统计近端音频信号频域分布-306；
C、比较远端音频信号和近端音频信号的频域分布，选择多个频段对频率偏移变化进行拟合，通过最小二乘法算法计算远端音频信号经过喇叭102播放和麦克101采集生成近音频信号后频率的畸变系数-307；
D、将计算求得的音频频率校正参数数据导出一份标定参数文件-308。
2、回声消除算法流程
如图4，回声消除算法流程是：
a、获得远端音频信号并存入存储设备中-401；
b、快速傅里叶变换(FFT)将远端音频信号从时域变换到频域-402；
c、麦克风采集近端说话者的声音和喇叭播放的远端音频信号，由于设备的原因，在此处喇叭播放出来的声音频率发生了变化，麦克风采集的音频信号同样也发生了变化，获取到的近端信号频域有偏移-403；
d、快速傅里叶变换(FFT)将近端音频信号从时域变换到频域-404；
e、从存储设备中读取离线标定好的音频校正参数-405；
f、近端音频信号通过读入的音频校正参数校正得到与远端音频信号频率接近的新的近端音频信号-406；
g、由于远端音频信号通过回声通道要经过编码、打包、压缩的处理和空气传播设备采集等各方面会花费大量的时间，这就必然会产生延时，而且这种延时还是在一定范围内随机波动的，这就增加了估计的难度，在自适应滤波算法前需先估计当前远端音频信号的时延-407；
h、自适应滤波器模块是以远端音频信号和估计回声音频信号的统计特性的估计为依据，采取自适应算法自动地调整滤波器系数，使其达到最佳滤波特性的一种算法。自适应滤波器可变加权系数和自动调整系数的机构组成。自适应滤波器对输入的远端音频信号的每一个样值按特定的算法更新、调整加权系数，使输出的估计回声音频信号与期望输出音频信号相比较，即输出估计回声音频信号逼近期望音频信号-408；
i、校正后的近端音频信号减去估计回声音频信号得到最终的消除回声的麦克风采集到的音频信号，编码、打包、压缩的处理后发送到远端设备-409。

Claims (3)

1.基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法，其特征在于：
①通过网络或其他通讯方式获取远端音频信号；
②喇叭播放远端音频信号,同时将远端音频信号输入到自适应滤波器模块输出估计回声音频信号；
③麦克风采集近端说话者的声音和喇叭播放的声音生成近端音频信号；
④导入音频校正参数，对近端音频信号进行一次校正，使近端音频信号频率逼近远端音频信号频率；
喇叭和麦克风信号频率变化标定流程是：
A、通过网络或其他通讯方式获取远端发送的音频信号存入存储设备(103)并通过喇叭(102)播放远端音频信号(301)，快速傅里叶变换将远端音频信号从时域转换到频域(302)，统计远端音频信号频域分布(303)；
B、麦克风(101)采集喇叭播放的音频信号生成近端音频信号(304)，快速傅里叶变换将采集生成的近端音频信号从时域转换到频域(305)，统计近端音频信号频域分布(306)；
C、比较远端音频信号和近端音频信号的频域分布，选择多个频段对频率偏移变化进行拟合，通过最小二乘法算法计算远端音频信号经过喇叭(102)播放和麦克风(101)采集生成近音频信号后频率的畸变系数(307)；
D、将计算求得的音频频率校正参数数据导出一份标定参数文件(308) ；
⑤校正后的近端音频信号减去估计回声音频信号，获得残差音频信号；
⑥残差音频信号通过非线性处理器模块得到最终的去回声音频信号；
⑦通过网络或其他通讯方式将去回声音频信号发送到远端。
2.按权利要求1所述的基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法，其特征在于自适应滤波回声消除算法流程是：
近端音频信号d(n)是由回声混和近端说话者的声音和噪声得到，远端音频信号x(n)通过自适应滤波器模块后产生估计回声音频信号y(n)，从近端音频信号d(n)中减去估计回声音频信号y(n)得到残差音频信号e(n)，达到回声消除的 目的；最后通过残差音频信号e(n)更新自适应滤波器模块参数w(n)，使自适应滤波器模块产生的估计回声音频信号y(n)更加接近于真实回声。
3.按权利要求1所述的基于近端音频信号标定和修正的消除变频回声的方法，其特征在于回声消除算法流程是：
a、获得远端音频信号并存入存储设备(103)中(401)；
b、快速傅里叶变换将远端音频信号从时域变换到频域(402)；
c、麦克风(101)获取近端信号(403)；
d、快速傅里叶变换将近端音频信号从时域变换到频域(404)；
e、从存储设备(103)中读取离线标定好的音频校正参数(405)；
f、近端音频信号通过读入的音频校正参数校正得到与远端音频信号频率接近的新的近端音频信号(406)；
g、估计当前远端音频信号的时延(407)；
h、自适应滤波器模块输出估计回声音频信号逼近期望音频信号(408)；
i、校正后的近端音频信号减估计回声音频信号得到最终的消除回声的麦克风(101)采集到的音频信号，编码、打包、压缩的处理后发送到远端设备(409)。
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