CN108076239A - 一种改善ip电话回声的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善IP电话回声的方法，包括至少一个音频通道，每一个音频通道包含录音线程、接收线程和播放线程，所述录音线程将每次采集到的麦克风声音利用回声消除模块进行音频处理，并将处理后的音频数据传输给对方；回声消除模块包括基于多频带的回声时延判定方法、基于自由步长的最小均方自适应滤波方法、基于多相结构的单边带非线性滤波器、舒适噪声生成器和双端检测算法；所述接收线程将对方发来的音频数据进行处理后送入缓冲区，所述播放线程将缓冲区的音频数据进行处理，并播放处理后音频数据。本发明的有益效果：通过减少IP电话通过过程中的回声现象，提升语音通话质量，能增加网络电话的实用性，扩大其应用范围，降低企业成本。
Description
技术领域
本发明涉及数字语音处理技术领域，尤其涉及一种改善IP电话回声的方法。
背景技术
IP电话是一种通过互联网来实现通话的电话通讯技术，与传统固话相比，IP电话存在着通话成本低、建设简单、易扩展性等诸多好处。但是在使用IP电话进行通话的时候，容易受网络或线路影响，出现回声等音质问题，影响通话质量。
现有的消除回声的方法主要包括如下几种：(1)语音环境改善，如增加墙壁吸音材料，通过减少扬声器声音的反射，可以抑制间接声学回声，但对直接回声效果不大。(2)使用回声抑制器，通过比较接收到的声音和话筒电平，若前者高于某个阀值，则传至扬声器播放，并关闭话筒防止远端听到；若低于某个阀值，则关闭扬声器，消除回声。该方法的缺点是扬声器的播放不连续，目前已使用较少。(3)使用声学消除器，根据声音信号与其回声的关系，将预估的回声值在接收端的采样信号中消去，实现回声抑制。
此外，现有的技术方案在单方，特别是多方通话时，若网络环境不佳，则回声消除不明显，对原声失真较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种改善IP电话回声的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
提供一种改善IP电话回声的方法，包括至少一个音频通道，每一个音频通道包含录音线程、接收线程和播放线程，所述录音线程将每次采集到的麦克风声音利用回声消除模块进行音频处理，并将处理后的音频数据传输给对方；所述回声消除模块包括基于多频带的回声时延判定方法、基于自由步长的最小均方自适应滤波方法、基于多相结构的单边带非线性滤波器、舒适噪声生成器和双端检测算法；所述接收线程将对方发来的音频数据进行处理后送入缓冲区，所述播放线程将所述缓冲区的音频数据进行处理，并播放处理后音频数据。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述基于多频带的回声时延判定方法包括以下步骤：
S1：将频域功率谱进行FFT傅里叶变换后分成N个频带，用一个N位的数据类型来表示；
S2：在预设的时间间隔内，为每个频带的功率谱设定一个阀门值，若超出阀门值，则代表有说话声，以第一数值显示；否则，代表无说话声，以第二数值显示；
S3：将远端信号和近端信号分别用一组数组表示，通过功率谱来比较所述远端信号与近端信号的相关性，估算出回声信号，通过修正阀门值将所述回声信号从所述近端信号中消除。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述基于自由步长的最小均方自适应滤波方法，在收敛初始阶段，设定第一步长，以加快对时变系统的跟踪；当收敛稳定后，设定第二步长，以控制失调噪声，所述第一步长大于所述第二步长。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述基于多相结构的单边带非线性滤波器，用于对回声路径的非线性特征进行建模，将上下行信号在频域划分若干子带，以多相结构的形式组成多个单边带滤波器组。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，每一所述音频通道包含编码、解码及数据传输功能。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述录音线程，用于麦克风声音的采集，将经所述回声消除模块处理后的音频数据进行编码组包，采用即时通信的方式传输给对方。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述接收线程，用于接收对方发来的音频数据，并将对方发来的音频数据进行解包、解码后以音频帧的形式送入缓冲区。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述播放线程，用于处理缓冲区的音频数据，将所述音频通道中的音频数据经过自适应算法处理后播放出来。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述录音线程、接收线程和播放线程之间数据共享和同步。
在本发明所述的改善IP电话回声的方法中，所述录音线程与播放线程及所述接收线程与播放线程的接口之间以继承的方式来实现接口的转换和调用关系。
综上所述，实施本发明的一种改善IP电话回声的方法，具有以下有益效果：本申请通过改进音频会话机制，建立新的语音交互模式，减少音频在传输过程中的延迟和丢失现象，从而改善网络通话中的回声问题。并且，通过减少IP电话通过过程中的回声现象，提升语音通话质量，能增加网络电话的实用性，扩大其应用范围，降低企业成本。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为现有技术中回声消除的模型示意图；
图2是本发明实施例提供的回声消除模块的示意图；
图3是图2所示回声消除模块的基于多频带的回声时延判定方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明较佳实施例提供了一种改善IP电话回声的方法，以减少IP电话通话过程中的回声现象，提升语音通话质量，增加网络电话的实用性。该方法包括至少一个音频通道，每一个音频通道包含录音线程、接收线程和播放线程。其中，录音线程将每次采集到的麦克风声音利用回声消除模块进行音频处理，并将处理后的音频数据传输给对方；接收线程将对方发来的音频数据进行处理后送入缓冲区，播放线程将所述缓冲区的音频数据进行处理，并播放处理后音频数据。
在本实施例中，将每一通音频会话抽象为一个音频通道，每一个音频通道均包含了独立的编码、解码及数据传输功能。并且每一个音频通道内设定有录音、接收和播放三个线程，可以改进音频会话机制，建立新的语音交互模式，以减少音频在传输过程中的延迟和丢包现象，从而改善网络通话中的回声问题。
具体的，录音线程主要用于麦克风声音的采集，每次采集到一定大小后，在录音线程内利用回声消除模块进行音频处理，并将经回声消除模块处理后的音频数据进行编码组包，随后采用即时通信(RTC)的方式传输给对方，以减少丢包率。
接收线程主要用于接收对方发来的音频数据，并将对方发来的音频数据进行解包、解码后以音频帧的形式送入缓冲区，等待播放线程将该音频数据进行播放。
播放线程主要用于处理缓冲区的音频数据，将音频通道中的音频数据经过自适应算法处理后，通过播放器播放出来。该播放器可以为耳机或扩音器等部件。
每一个音频通道内的录音线程、接收线程和播放线程之间通过ShareData来实现数据共享和同步。并且，录音线程与播放线程，及接收线程与播放线程的接口之间以继承的方式来实现接口的转换和调用关系。
如图2所示，回声消除模块主要包括基于多频带的回声时延判定方法、基于自由步长的最小均方自适应滤波方法、基于多相结构的单边带非线性滤波器、舒适噪声生成器和双端检测算法。通过回声消除模块可以将接收到的回声信号控制在一个较小的阈值内，且受网络影响不明显。
回声分为声学回声和线路回声，线路回声是由线路间匹配耦合引起的，声学回声是在外放的语音通话系统中，扬声器的声音多次反馈到麦克风引起的。声学回声消除，就是要从麦克风收到的语音中消除扬声器发出的声音，得到消除回声后的近端语音。回声消除的模型见图1，在回声消除系统中，扬声器端发出的语音参考信号叫做远端信号，麦克风收到的扬声器发出的声音和语音组合而成的信号叫做近端信号，远端信号发出后，一部分语音直接传送到麦克风端，这部分回声与近端信号时延较小；另一部分信号在有限空间的房间内多次反射后传到近端，这部分回声时延较大。回声消除的过程就是根据远端信号与近端信号的相关性，估算出回声信号，并将回声信号从近端信号中消除，得到纯净的语音。
时延估计是影响声学回声消除效果的关键技术，准确的时延估计可以大大的优化回声的消除效果，通过对远、近端信号进行时延估计和对齐，回声的估计和消除工作才能进一步完成。结合图3所示，本实施例的基于多频带的回声时延判定方法主要包括以下步骤：
S1：将频域功率谱进行FFT傅里叶变换后分成N个频带，用一个N位的数据类型来表示，N可以为从2开始的任意自然数。本实施例中，N＝32，将频域功率谱进行FFT傅里叶变换后分成32个频带，用一个32位的数据类型来表示。
S2：在预设的时间间隔内，为每个频带的功率谱设定一个阀门值，若超出阀门值，则代表有说话声，用第一数值表示；否则，代表无说话声，用第二数值表示。本实施例中，第一数值为数字1，第二数值为数字0。可以理解的是，本实施例并不限定第一数值与第二数值的具体数值，只要第一数值与第二数值均为自然数，且第一数值与第二数值不同即可。
S3：将远端信号和近端信号分别用一组数组表示，通过功率谱来比较远端信号与近端信号的相关性，估算出回声信号，若近端与远端数据吻合，则表示回声延迟越小，通过修正阀门值，可以最大程度减少回声，将回声信号从近端信号中消除。
传统的最小均方自适应滤波方法，在用于消除噪声时，由于固定了步长，导致存在收敛速度和收敛精度之间的矛盾。本实施例引进自由步长，采用一种基于自由步长的最小均方自适应滤波方法来消除噪声，我们规定：在收敛初始阶段，设定一个较大步长，以加快对时变系统的跟踪；当收敛稳定后，设定一个较小步长，以控制失调噪声。可以将较大步长定义为第一步长，较小步长定义为第二步长，且第一步长大于第二步长。本申请采用基于自由步长的最小均方自适应滤波方法，该算法简单、稳定。优选的，使用时，设置默认滤波长度为12段，采样率设置为8000位。
基于多相结构的单边带非线性滤波器，用于对回声路径的非线性特征进行建模，以进一步消除残余回声，将上下行信号在频域划分若干子带，以多相结构的形式组成多个单边带滤波器组，能够加快收敛速度。
舒适噪声生成器，用于减少通话时，由于静音而产生的断续情况。本申请采用一个多位加法器和若干多项式不同的伪随机序列码发生器，当音频信号低于阀门值时，背景音乐用舒适噪声代替。
双端检测算法，用于消除双方同时说话引起的回声干扰问题。双端检测算法的原理是：对比消除回声前的近端信号能量和消除后的残差能量，来判断是否存在双端发生的情况，当回声往返损耗增益低于预先设定的阀门值时，存在双端发生，即可通过消除本地信号来消除干扰。
综上所述，实施本发明的一种改善IP电话回声的方法，具有以下有益效果：本申请通过改进音频会话机制，建立新的语音交互模式，减少音频在传输过程中的延迟和丢失现象，从而改善网络通话中的回声问题。并且，通过减少IP电话通过过程中的回声现象，提升语音通话质量，能增加网络电话的实用性，扩大其应用范围，降低企业成本。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
Claims (10)
1.一种改善IP电话回声的方法，其特征在于，包括至少一个音频通道，每一个音频通道包含录音线程、接收线程和播放线程，所述录音线程将每次采集到的麦克风声音利用回声消除模块进行音频处理，并将处理后的音频数据传输给对方；所述回声消除模块包括基于多频带的回声时延判定方法、基于自由步长的最小均方自适应滤波方法、基于多相结构的单边带非线性滤波器、舒适噪声生成器和双端检测算法；所述接收线程将对方发来的音频数据进行处理后送入缓冲区，所述播放线程将所述缓冲区的音频数据进行处理，并播放处理后音频数据。
2.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述基于多频带的回声时延判定方法包括以下步骤：
S1：将频域功率谱进行FFT傅里叶变换后分成N个频带，用一个N位的数据类型来表示；
S2：在预设的时间间隔内，为每个频带的功率谱设定一个阀门值，若超出阀门值，则代表有说话声，以第一数值显示；否则，代表无说话声，以第二数值显示；
S3：将远端信号和近端信号分别用一组数组表示，通过功率谱来比较所述远端信号与近端信号的相关性，估算出回声信号，通过修正阀门值将所述回声信号从所述近端信号中消除。
3.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述基于自由步长的最小均方自适应滤波方法，在收敛初始阶段，设定第一步长，以加快对时变系统的跟踪；当收敛稳定后，设定第二步长，以控制失调噪声，所述第一步长大于所述第二步长。
4.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述基于多相结构的单边带非线性滤波器，用于对回声路径的非线性特征进行建模，将上下行信号在频域划分若干子带，以多相结构的形式组成多个单边带滤波器组。
5.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，每一所述音频通道包含编码、解码及数据传输功能。
6.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述录音线程，用于麦克风声音的采集，将经所述回声消除模块处理后的音频数据进行编码组包，采用即时通信的方式传输给对方。
7.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述接收线程，用于接收对方发来的音频数据，并将对方发来的音频数据进行解包、解码后以音频帧的形式送入缓冲区。
8.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述播放线程，用于处理缓冲区的音频数据，将所述音频通道中的音频数据经过自适应算法处理后播放出来。
9.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述录音线程、接收线程和播放线程之间数据共享和同步。
10.根据权利要求1所述的改善IP电话回声的方法，其特征在于，所述录音线程与播放线程及所述接收线程与播放线程的接口之间以继承的方式来实现接口的转换和调用关系。
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