CN104394286A - 一种回声消除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种回声消除方法及装置，所述方法包括：分别启动录音线程与放音线程；所述录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；所述放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。本申请在进行回声消除之前对录音数据与放音数据进行时间同步，能够提高回声消除的效率与质量，从而提供高品质的录音数据，可以应用于移动终端上的通话、娱乐等与录音相关的应用上。
Description
技术领域
本发明涉及数字音频处理领域，尤其涉及一种回声消除方法及装置。
背景技术
近年来随着移动互联网的发展，Android(安卓)系统与苹果公司开发的iOS系统已经成为智能手机上的两大主流系统。Android系统更以其开源的优势，在智能手机中占据着大多数的席位。Android系统与iOS系统之间存在着诸多的差别。
语音通话中的回声是在进行语音通话的时候，扬声器中播放的对方的声音通过麦克风再次被录入，进而与本方的声音一同被传输给对方，这样会使对方听到自己的声音，类似对着山谷大喊产生的回声。回声消除就是要把回声消除掉，就是所谓的回声消除算法，将从扬声器播放的声音从录音里消除掉，保证通话的清晰。
大多数的智能手机并没有回声消除，即使有回声消除，现有的回声消除的效果也比较差，在进行通话以及其他需要录音的场景中，声音的品质不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种回声消除方法及装置，能够改善回声消除的效果，提供高品质的录音数据。
为解决上述技术问题，本申请的一种回声消除方法，包括：
分别启动录音线程与放音线程；
所述录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；所述放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
进一步地，所述分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；
所述对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除所述时间差对应的录音数据量的数据。
进一步地，所述分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程；
所述对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加所述时间差对应的录音数据量的静音数据。
进一步地，采用以下方法计算所述时间差，包括：
记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将所述从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与所述音频播放开始时间的差值。
进一步地，所述根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，包括：
录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
进一步地，一种回声消除装置，包括：启动单元、录音单元、放音单元、同步单元和回声消除单元，其中：
所述启动单元，用于分别启动录音线程与放音线程；
所述录音单元，用于承载所述录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；
所述放音单元，用于承载所述放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
所述同步单元，用于对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
所述回声消除单元，用于对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
进一步地，所述启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；
所述同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除所述时间差对应的录音数据量的数据。
进一步地，所述启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程；
所述同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加所述时间差对应的录音数据量的静音数据。
进一步地，所述同步单元采用以下方法计算所述时间差，包括：记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将所述从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与所述音频播放开始时间的差值。
进一步地，所述同步单元所述根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，包括：录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
综上所述，本申请在进行回声消除之前对录音数据与放音数据进行时间同步，能够提高回声消除的效率与质量，从而提供高品质的录音数据，可以应用于移动终端上的通话、娱乐等与录音相关的应用上。
附图说明
图1为本申请的回声消除方法的流程图；
图2为本申请中从放音数据队列中去除数据实现同步的示意图；
图3为本申请中在放音数据队列中添加静音数据实现同步的示意图；
图4为本申请的回声消除装置的架构图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本申请的回声消除方法，包括：
步骤101：分别启动录音线程与放音线程；
本申请中可以首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；也可以是首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程。
步骤102：录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
本申请中可以使用AudioRecord来录制录音数据，使用AudioTrack来播放音频。放音数据队列中的放音数据可以从文件或者其他方式得到，如语音通话中接收到的音频数据。录音数据和放音数据均为PCM原始数据。采用的参数如下：采样率：16000；声道数：1；采样位宽：16bit；每个数据包的语音时长：40MS。
本申请中在录制录音数据时，通过系统提供的API去录音，通过read(读)函数从系统录音缓冲区中读取录音数据，当录音数据的语音时长达到40ms时，将录音数据包放入录音数据队列。同时，记录读取到首个录音数据包的系统时间，记为RecordTime，以毫秒保存，为进行数据的时间同步做准备。
本申请中在进行音频播放时，从放音数据队列中取语音时长为40ms长度的放音数据包进行播放。同时，记录从放音数据队列读取首个放音数据包后进行音频播放的系统时间作为音频播放开始时间，记为PlayTime，为进行数据的时间同步做准备。
步骤103：对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
回声消除就是要根据参考源从录音数据中找到与参考源类似的声音，然后消除掉。要消除放音数据，就要以放音数据为参考源将放音数据从录音数据中删除。因此，对于回声消除最重要的就是参考源。而目前的回声消除，录音数据与放音数据并不是同步对齐的，本申请中在进行回声消除之前，将录音数据与放音数据进行时间对齐(时间同步)，能够大大提高回声消除的效率与质量。
本申请中采用以下方法对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步。
(一)首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程的情况：
对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据时间差计算时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除时间差对应的录音数据量的数据。
(二)首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程的情况：
对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据时间差计算时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加时间差对应的录音数据量的静音数据。
本申请中采用以下方法计算上述时间差，包括：
记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与音频播放开始时间的差值。
本申请中在read函数从系统录音缓冲区中读取录音数据，读取到首个录音数据包并放入录音数据队列的同时，记录读取到首个录音数据包的系统时间。在从放音数据队列中读取读取首个放音数据包进行播放的同时，记录播放首个放音数据包的系统时间。
从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间是首个录音数据包返回的时间，而数据包的语音时长表示录制数据包需要经历的时长，因此，将读取到首个录音数据包的系统时间减去数据包的语音时长就得到了录音开始时间，再将录音开始时间与音频播放开始时间做差值就得到了所需要的时间差。
例如，本申请中数据包对应的语音时长是40ms，计算时间差的公式可以表示为：Time＝RecordTime-40–PlayTime。读取到首个录音数据包的系统时间减去40ms就得到了录音开始时间，再减去进行音频播放的系统时间，就得到了时间差。
假设进行音频播放的系统时间为200ms，读取到首个录音数据包的系统时间是288ms，Time＝288–40–200＝48；时间差为48ms。
本申请中根据时间差计算时间差对应的录音数据量，包括：
录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
本申请中通过从放音数据队列里去掉时间差对应的语音数据量的数据，或者在放音数据队列中添加时间差对应的录音数据量的静音数据，实现录音数据与放音数据的对齐。
本申请中时间差采用毫秒计量，如果采样率是每秒的采样，则需要将采样率除以1000毫秒得到1毫秒的采样数。一个字节是8bit，采样位宽除以8得到一个采样点占的字节数。
按照本申请中采样率：16000；声道数：1；采样位宽：16bit；时间差48ms计算对应的录音数据量如下：
录音数据量的字节数＝(16000/1000)*(16/8)*48*1＝1536byte
如图2所示，从放音数据队列里去掉1536byte的数据，实现录音数据与放音数据的对齐。
如图3所示，在放音数据队列中添加1536byte的静音数据，实现录音数据与放音数据的对齐。
步骤104：对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
本申请中在对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行对齐后，可以调用speex进行回声消除，得到回声消除后的数据队列。得到回声消除后的数据后，可以按照需要进行传输或者存储。
进行回声消除包含以下步骤：
(a)初始化；
(a1)创建一个回声消除状态指针；
SpeexEchoState*st＝speex_echo_state_init(int frame_size,int filter_length)
参数frame_size：传入处理的PCM数据的采样数(数据大小为在10ms-20ms之间的采样数大小)；
参数filter_length：过滤采样数长度filter_length(数据大小为在100ms-500ms之间的采样数大小)；
返回值：一个新建的回声消除状态指针。
(a2)创建一个数据处理状态指针；
SpeexPreprocessState*den＝speex_preprocess_state_init(int frame_size,intsampling_rate)
参数frame_size：传入处理的PCM数据的采样数(数据大小为在10ms-20ms之间的采样数大小)；
参数sampling_rate：传入处理的PCM数据的采样率；
返回值：一个新建的数据处理状态指针。
(a3)设置回声消除的采样率；
int speex_echo_ctl(SpeexEchoState*st,int request,void*ptr)
参数st：回声消除的状态指针；
参数request：枚举值，设置采样率设置为SPEEX_ECHO_SET_SAMPLING_RATE；
参数ptr：传入设置的数据值指针；
返回值：成功为0，不成功为-1。
(a4)设置当前处理状态为回声消除状态；
int speex_preprocess_ctl(SpeexPreprocessState*st,int request,void*ptr)
参数st：处理状态指针；
参数request：枚举值，设置回声消除使用SPEEX_PREPROCESS_SET_ECHO_STATE；
参数ptr：传入设置的回声消除状态指针；
返回值：成功为0，不成功为-1。
(b)回声消除处理，将录音数据与放音数据传入，得到回声消除后的数据；
void speex_echo_cancellation(SpeexEchoState*st,const spx_int16_t*rec,const spx_int16_t*play,spx_int16_t*out)
参数st：回声消除状态；
参数rec：录到的PCM数据；
参数play：放音的PCM数据；
参数out：回声消除后的数据；
返回值：无。
(c)释放资源。
(c1)释放回声消除状态指针；
void speex_echo_state_destroy(SpeexEchoState*st)
参数st：回声消除状态指针；
返回值：无。
(c2)释放数据处理状态指针；
void speex_preprocess_state_destroy(SpeexPreprocessState*st)；
参数st：数据处理状态指针；
返回值：无。
如图4所示，本申请还提供了一种回声消除装置，包括：启动单元、录音单元、放音单元、同步单元和回声消除单元，其中：
启动单元，用于分别启动录音线程与放音线程；
录音单元，用于承载录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；
放音单元，用于承载放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
同步单元，用于对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
回声消除单元，用于对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；
同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据时间差计算时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除时间差对应的录音数据量的数据。
启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程；
同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据时间差计算时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加时间差对应的录音数据量的静音数据。
同步单元采用以下方法计算时间差，包括：记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与音频播放开始时间的差值。
同步单元根据时间差计算时间差对应的录音数据量，包括：录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种回声消除方法，其特征在于，包括：
分别启动录音线程与放音线程；
所述录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；所述放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；
所述对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除所述时间差对应的录音数据量的数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程；
所述对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加所述时间差对应的录音数据量的静音数据。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用以下方法计算所述时间差，包括：
记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将所述从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与所述音频播放开始时间的差值。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，包括：
录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
6.一种回声消除装置，其特征在于，包括：启动单元、录音单元、放音单元、同步单元和回声消除单元，其中：
所述启动单元，用于分别启动录音线程与放音线程；
所述录音单元，用于承载所述录音线程进行音频录制，将得到的录音数据写入录音数据队列；
所述放音单元，用于承载所述放音线程从放音数据队列中读取放音数据进行音频播放；
所述同步单元，用于对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步；
所述回声消除单元，用于对时间同步后的录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行回声消除。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动放音线程，放音线程启动后，再启动录音线程；
所述同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算音频播放开始时间与录音开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，从放音数据队列的头部去除所述时间差对应的录音数据量的数据。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于：
所述启动单元分别启动录音线程与放音线程，包括：首先启动录音线程，录音线程启动后，再启动放音线程；
所述同步单元对录音数据队列中的数据与放音数据队列中的数据进行时间同步，包括：计算录音开始时间与音频播放开始时间之间的时间差，根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，在放音数据队列的头部添加所述时间差对应的录音数据量的静音数据。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：
所述同步单元采用以下方法计算所述时间差，包括：记录从系统录音缓冲区中读取到首个录音数据包的系统时间以及音频播放开始时间，将所述从系统录音缓冲区中读取首个录音数据包的系统时间减去数据包对应的语音时长得到录音开始时间，计算录音开始时间与所述音频播放开始时间的差值。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：
所述同步单元所述根据所述时间差计算所述时间差对应的录音数据量，包括：录音数据量＝采样率*采样位宽占字节数*时间差*声道数。
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