CN107331406A - 一种动态调整回声延时的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种动态调整回声延时的方法，获取初始的延时时间T；设定一参考队列，根据T从播放的历史数据中取复数个限定长度的播放数据，计算频谱并二值化得到播放二值谱，依次存入一参考队列中，读取采集数据，并进行VAD检测，若检测结果为语音时，则计算采集数据的频谱，将频谱二值化得到采集二值谱；通过将采集二值谱与参考队列中的播放二值谱进行相似度计算，得到相似度最高的播放二值谱，当相似度最高的播放数据满足设定条件时，将该播放二值谱所在队列中的位置编号信息输入至滤波器中，计算滤波后的回声对应的播放数据位置；将播放数据位置输入PI控制器中，PI控制器根据播放数据位置调整延时时间，调整延时设置值，有效消除回声。

Description

一种动态调整回声延时的方法
技术领域
本发明涉及一种动态调整回声延时的方法。
背景技术
在电话会议系统中，自己说话的声音被对方播放后会被麦克风采集，对方未经处理后会将声音传回，本端就会听到自己说过的声音，即出现回声，影响通话体验。回声消除算法的原理是基于播放的声音估计回声，然后从采集到的信号中减掉回声。自适应滤波是一种常用的回声估计算法，可以根据输入的远端数据估计出产生的回声。回声消除的难点是估计实际延时，准确获取延时，才能根据延时读取播放数据，以消除回声。
由于采集设备、播放设备都会有一定的延时，声音经空间场传播再被麦克风采集也会有一定的延时，不同的设备产生的延时会有差别。现有的技术有可在通话开始前测定回声的延时。而在实际应用中，一些智能设备的延时不是不变的，在通话中延时可能会发生变化，当延时变化后，再根据初始测得的延时已不能准确获取播放数据，无法通过自适应滤波估计回声。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种动态调整回声延时的方法，根据实际的延时，调整延时设置值，有效消除回声。
本发明是这样实现的：一种动态调整回声延时的方法，包括如下步骤：
步骤1、获取播放数据与采集数据之间初始的延时时间T；
步骤2、设定一参考队列，根据延时时间T从播放的历史数据中取复数个限定长度的播放数据，计算频谱并二值化得到播放二值谱，并依次存入一参考队列中；
步骤3、读取采集数据，并进行VAD检测，若检测为静音时，则进入步骤2；若检测结果为语音时，则计算采集数据的频谱，并将频谱二值化得到采集二值谱；
步骤4、通过将采集二值谱与参考队列中的播放二值谱进行相似度计算，得到相似度最高的播放二值谱，当相似度最高的播放数据满足设定条件时，将该播放二值谱所在队列中的位置编号信息输入至滤波器中，计算滤波后的回声对应的播放数据位置；
步骤5、将所述播放数据位置输入PI控制器中，PI控制器根据播放数据位置调整延时时间，进入步骤2。
进一步地，所述步骤2进一步具体为：设定一参考队列，当延时时间T大于等于限定时间t时，则从播放的历史数据T-t处开始取复数个限定长度的播放数据，否则从最新的播放数据中取复数个限定长度的播放数据，之后将取得的播放数据分别计算频谱并二值化得到播放二值谱，并依次存入一参考队列中，并对播放数据进行VAD检测，当检测结果为静音时，更新噪声估计值；检测结果为语音时，计算播放数据的信噪比。
进一步地，所述步骤4中设定条件为：相似度最高的播放数据有语音且根据能量计算的信噪比大于阈值。
本发明具有如下优点：本发明一种动态调整回声延时的方法，通过延时时间的动态调整，对于设备出现的延时变化问题可获取产生回声的播放数据，消除回声，改善通话性能。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明方法执行流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种动态调整回声延时的方法，包括如下步骤：
步骤1、获取播放数据与采集数据之间初始的延时时间T；
步骤2、设定一参考队列，当延时时间T大于等于限定时间t时，则从播放的历史数据T-t处开始取复数个限定长度的播放数据，否则从最新的播放数据中取复数个限定长度的播放数据，之后将取得的播放数据分别计算频谱并二值化得到播放二值谱，并依次存入一参考队列中，并对播放数据进行VAD检测，当检测结果为静音时，更新噪声估计值；检测结果为语音时，计算播放数据的信噪比；
步骤3、读取采集数据，并进行VAD检测，若检测为静音时，则进入步骤2；若检测结果为语音时，则计算采集数据的频谱，并将频谱二值化得到采集二值谱；
步骤4、通过将采集二值谱与参考队列中的播放二值谱进行相似度计算，得到相似度最高的播放二值谱，当相似度最高的播放数据满足设定条件时，将该播放二值谱所在队列中的位置编号信息输入至滤波器中，计算滤波后的回声对应的播放数据位置，所述设定条件为：相似度最高的播放数据有语音且根据能量计算的信噪比大于阈值；
步骤5、将所述播放数据位置输入PI控制器中，PI控制器根据播放数据位置调整延时时间，进入步骤2。
本发明一种具体实施方式：
对于采集到的回声信号需从历史播放数据中确定对应的播放数据，才可估计回声延时。由于可在通话前测得初始的延时，在通话中只需估计延时的相对变化量，为确定对应的播放数据，只需在一较小范围内的播放数据中搜索，因此创建参考队列数据区保存一段播放数据，队列各元素的数据长度相同，依次从历史播放数据中读取播放数据到参考队列，队列中队头对应的数据延时最大，而队尾的数据延时最小，队头到队尾的数据延时是逐渐减小，由于延时变化一般比较缓慢，所以前后两次的播放队列中大部分数据相同，不需再计算这部分数据的频谱，可直接利用前一次的计算结果，减小计算量。每次处理时，分别读取相同数据长度的播放与采集数据，当延时不变时，回声对应的播放数据在队列区中的位置会保持不变，当延时时间比设置时间小时，播放数据位置将往队列的尾部移，而延时时间比设置时间大时，对应的播放数据位置往队列头部移，通过位置的变化信息就可以估计到延时的变化。
在通话开始前，可以采用一定的方法获取播放采集间的数据延时，测得的延时即为通话中的初始延时。而通话中的设备延时一般都是缓慢变化的，所以在已知初始延时的前提下，参考队列中会包含回声对应的播放数据，通过一定的相似度准则即可从队列中确定播放数据的位置，实时检测延时变化。由于播放的语音数据与该信号产生的回声存在较高的相似度。因此可以通过频谱相似度判断采集到的回声对应的播放数据。由于信号的频谱一般都会有明显的差别，二值化后的频谱也会有明显差异，所以通过二值频谱计算相似度，可大大减小计算量。相似度最高的队列元素即为回声对应的播放数据。
通过数据相似度计算延时变化信息，在播放的数据没有语音信号时，播放的数据都是环境噪声，参考对列中各元素的频谱接近，差异不明显，采集到的信号与参考队列二值幅度谱匹配结果相似度最高的元素不能准确反应延时信息。只有在播放有语音时，近端采集到的信号中有明显的回声时，二值匹配结果才能准确反应实际延时信息，此时才能获取延时变化信息。播放数据有无语音可通过VAD语音检测算法检测，而VAD检测会有一定的误差，可能会将部分噪声检测为语音，为提升准确性，通过语音信噪比计算，当VAD检测为语音时、同时信噪比值达到一定值时的二值匹配结果才能作为延时变化的估计信息。虽然VAD检测结果有一定的误差，但基本不会将语音信号检测为静音，所以可以通过VAD检测结果中的静音信号幅值来估计噪声幅值，将检测为静音的信号幅值以以定的权重更新到噪声估计值中，估计噪声幅值，从而可以计算信噪比。由于每次处理的语音信号一般时间较短，容易存在一些相似信号干扰，信号没有明显区别，这种情况下二值匹配结果准确性会受影响，不能准确得到回声对应的播放元素，所以对二值频谱匹配结果进行滤波处理，将当次计算到的延时以一较小的权重累计到延时估计结果中，实时计算时间延时。通过这种滤波处理，单次计算误差对估计结果的影响较小，以抑制单次噪声的干扰，提高估计性能，虽然可能会存在一些计算误差，但总体的估计是准确的，仍可估计实际的延时。
为适应延时变化，估计到延时变化信息后需调整播放数据读取的位置，经自适应滤波后才能估计到回声，延时设置直接影响回声消除效果。为了能够实时估计延时变化信息，需保证参队列中始终存在回声对应的播放数据，才能估计延时，而只需将二值匹配结果的位置保持在队列中合理位置，在前后都留一定的余量，即可适应延时变化。在延时发生变化后，根据延时及预设的变化余量值读取参考数据，在延时设置准确时，队列中二值最优匹配结果取决于预先设置的变化余量。所以在检测到延时变化后，如何调整延时直接影响回声延时估计系统。延时估计系统的目标是将二值匹配结果位置控制在一定的值，且通过二值匹配结果的位置即可计算到延时，所以可以以队列二值匹配结果位置为控制量，设计闭环跟踪系统，从而将二值匹配结果位置值控制在期望值。PI控制算法是常用的控制算法，通过实验测得控制参数的经验值。闭环控制系统使得即使偶尔有相似信号等干扰导致延时变化估计有较大误差时，控制系统对这类噪声有一定的抑制能力，保证系统的稳定性，可将二值匹配最优元素位置保持在期望值。使回声对应的播放数据在队列中的位置保持不变。
如图1所示，实施方式：
1、采用一定的方法测得初始延时；
2、从播放的历史数据中取300ms连续历史数据，计算频谱并二值化得到播放二值谱，并对每4ms播放数据进行VAD检测，当检测结果为静音时，更新噪声估计值；检测结果为语音时，计算播放数据的信噪比；为了降低对初始延时准确性要求，在延时设置大于实际延时时仍然能计算到实际延时，同时估计延时变小时的变化信息，当延时T不小于60ms时，播放数据的读取位置为t-60ms，T小于60ms时，读取的位置设置为0，即读取起点是最新的播放数据，然后读取起点前的300ms连续历史播放数据。参考队列数据区保留300ms的播放数据，每个元素保存4ms数据的频谱，参考队列包含75个元素，通过频谱匹配可估计的最大延时相当变化范围为(-60ms,240ms)。参考队列区大小可根据设备性能进行相应的调整。其中60ms是延时变小的控制余量，可根据实际设定。
3、从采集设备中取4ms采集数据，进行VAD检测，检测结果为静音时返回2，为语音时通过FFT计算频谱，然后将幅度谱二值化得到采集二值谱；
4、通过位相与计算采集数据的二值频谱与参考队列各元素的相似度。相似度最高的元素对应的原始播放数据检测结果为语音信号且信噪比大于一定值时，当前检测结果可用，将元素的位置编号信息输入到滤波器中计算滤波后的回声对应的播放数据位置。
5、将滤波后的播放位置信息输入到PI控制器中，控制器根据输入信息估计延时变化量，调整延时设置。返回步骤1。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (3)

1.一种动态调整回声延时的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、获取播放数据与采集数据之间初始的延时时间T；
步骤2、设定一参考队列，根据延时时间T从播放的历史数据中取复数个限定长度的播放数据，计算频谱并二值化得到播放二值谱，并依次存入一参考队列中；
步骤3、读取采集数据，并进行VAD检测，若检测为静音时，则进入步骤2；若检测结果为语音时，则计算采集数据的频谱，并将频谱二值化得到采集二值谱；
步骤4、通过将采集二值谱与参考队列中的播放二值谱进行相似度计算，得到相似度最高的播放二值谱，当相似度最高的播放数据满足设定条件时，将该播放二值谱所在队列中的位置编号信息输入至滤波器中，计算滤波后的回声对应的播放数据位置；
步骤5、将所述播放数据位置输入PI控制器中，PI控制器根据播放数据位置调整延时时间，进入步骤2。
2.如权利要求1所述的一种动态调整回声延时的方法，其特征在于：所述步骤2进一步具体为：设定一参考队列，当延时时间T大于等于限定时间t时，则从播放的历史数据T-t处开始取复数个限定长度的播放数据，否则从最新的播放数据中取复数个限定长度的播放数据，之后将取得的播放数据分别计算频谱并二值化得到播放二值谱，并依次存入一参考队列中，并对播放数据进行VAD检测，当检测结果为静音时，更新噪声估计值；检测结果为语音时，计算播放数据的信噪比。
3.如权利要求1所述的一种动态调整回声延时的方法，其特征在于：所述步骤4中设定条件为：相似度最高的播放数据有语音且根据能量计算的信噪比大于阈值。
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