CN109688284A - 一种回音延时检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及音频信号处理领域，更具体地，涉及一种回音延时检测方法，包括音频接收喇叭和麦克风，还包括以下步骤；S1，将音频接收喇叭采集到的接收信号分段处理后得到若干个缓冲队列Xi；S2，麦克风按照相同的分段对待发送的发送信号进行变换后得到若干个处理单元Yi；S3,将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi进行相似性计算，找出最大值covmax；S4，将麦克风采集到的每一帧数据分别通过高斯模型计算出f(x)的最大值f(max),并和covmax做对比，得出回音延时估计值，本发明公开的回音延时检测方法，采用高斯模型和协方差的综合判断回音方式，不但能准确判断差异较大的频谱，还能对能量较低的语音频谱灵敏判断，特别在处理对讲机回音的问题上效果更为明显。

Description

一种回音延时检测方法
技术领域
本发明涉及音频信号处理领域，更具体地，涉及一种回音延时检测方法。
背景技术
回音是出现在语音通话或者语音会议中最常见的问题，本地产生的音频信息通过网络传输至远端，而远端音频信号通过反射由远端麦克采集至远端系统，再通过IP网络传输至本地，本地播放后，又被本地麦克风采集，从而构成类似闭环正反馈，当延时较小时，信号不断加强导致产生啸叫现象，当延时较大时，则产生回音。
即时通讯一般是进行双方甚至多方的实时语音交流，即使是要求较高的场合采用外置音箱放音，也容易产生回音现象，即一方说话并经过对方的音箱放音，该音频又被对方的麦克风采集然后回传给自己，导致若不进行回音处理，将影响通话质量和用户体验，严重的甚至形成震荡从而产生啸叫现象。
如今，回声消除已成为即时通讯中提供全双工语音的标准方法，而声学回声消除是通过消除或者移除本地话筒中拾取到的远端的音频信号来阻止远端的声音返回去的一种处理方法，这种音频的移除通过数字信号处理来完成。此外，回声消除技术也是数字信号处理的典型应用之一，因为其基本原理是以扬声器信号与由它产生的多路径回声的相关性为基础，建立远端信号的语音模型，利用它对回声进行估计，并不断修改滤波器的系数，使得估计值更加逼近真实的回声，然后将回声估计值从话筒的输入信号中减去，从而达到消除回声的目的。
传统的回声消除方法是采用硬件方式，即在硬件电路上集成DSP处理芯片，如我们常用的固定电话、手机等都有专门的回音消除处理电路，但存在占用空间以及电路故障的问题，因此趋向采用软件方式，而软件方式实现回声消除却一直存在技术难点，包括国内应用最广泛的QQ超级语音采用国外的GIPS技术，也仍然效果不佳。
正由于回音与原语音具有极大的相似性，业内常采用协方差方法来计算两者的相关性作为判断是否为回音的依据。但采用协方差方法，当频谱的特征差异较大时，却无法判断准确，尤其是能量较低的语音频谱，更不准确。
因此，提出一种解决上述问题的回音延时检测方法实为必要。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷(不足)，提供一种回音延时检测方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：一种回音延时检测方法，包括音频接收喇叭和麦克风，还包括以下步骤；
S1，将音频接收喇叭采集到的接收信号分段处理后得到若干个缓冲队列Xi；
S2，麦克风按照相同的分段对待发送的发送信号进行变换后得到若干个处理单元Yi；
S3,将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi进行相似性计算，找出最大值covmax；
S4，将麦克风采集到的每一帧数据分别通过高斯模型计算出f(x)的最大值f(max),并和covmax做对比，得出回音延时估计值。
进一步的，所述步骤S1中包括以下步骤；
S11，将音频接收喇叭采集到的接收信号按时间进行分段处理；
S12，将各段接收信号通过汉宁窗处理后，把音频信号从时域转换到频域；S13，得到若干个缓冲队列 Xi。
更进一步的，所述步骤S2中包括以下步骤；
S21，用相同的时间对麦克风待发送的发送信号进行分段处理；
S22，将待发送的发送信号经过傅里叶变换后得到若干个处理单元Yi。
进一步的，所述步骤S3中包括以下步骤；
S31，将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi逐一进行相似性计算；
S32，通过公式找出缓冲队列的最大值covmax。
更进一步的，所述步骤S4中包括以下步骤；S41,将麦克风采集到的每一帧数据经过傅里叶变换；S42, 利用高斯模型公式计算出f(x)；S43，找出f(x)队列中的最大值f(max)；S44,对比f(max)和covmax，大者为回音延时估计值。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本一种回音延时检测方法采用高斯模型和协方差的综合判断回音方式，优选从喇叭端每30毫秒截取一个数据作为训练对象，产生多个和喇叭端不同时间节点音频相对应的高斯模型，从而不但能准确判断差异较大的频谱，还能对能量较低的语音频谱灵敏判断，特别在处理对讲机回音的问题上效果更为明显。
附图说明
图1是本发明中回音延时检测方法的流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接连接，可以说两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
在本发明中，公开一种回音延时检测方法，包括音频接收喇叭和麦克风，还包括以下步骤；S1，将音频接收喇叭采集到的接收信号分段处理后得到若干个缓冲队列Xi；S2，麦克风按照相同的分段对待发送的发送信号进行变换后得到若干个处理单元Yi；S3,将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi进行相似性计算，找出最大值covmax；S4，将麦克风采集到的每一帧数据分别通过高斯模型计算出f(x)的最大值f(max), 并和covmax做对比，得出回音延时估计值。
在本发明中，步骤S1中包括以下步骤；S11，将音频接收喇叭采集到的接收信号按时间进行分段处理； S12，将各段接收信号通过汉宁窗处理后，把音频信号从时域转换到频域；S13，得到若干个缓冲队列Xi，而在步骤S2中包括以下步骤；S21，用相同的时间对麦克风待发送的发送信号进行分段处理；S22，将待发送的发送信号经过傅里叶变换后得到若干个处理单元Yi，其中，在步骤S3中包括以下步骤；S31，将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi逐一进行相似性计算；S32，通过公式找出缓冲队列的最大值covmax，而在步骤S4中包括以下步骤；S41,将麦克风采集到的每一帧数据经过傅里叶变换；S42,利用高斯模型公式计算出f(x)；S43，找出f(x)队列中的最大值f(max)；S44,对比f(max)和covmax，大者为回音延时估计值。
本发明中，喇叭端播放的音频数据以10毫秒长度作为一个存储处理单元，先用汉宁窗处理然后用快速傅里叶变换，使音频信号从时域转换到频域，从而得到各个分量m个频点的频谱幅度值，m值为64，表示64维的数据，以一个存储单元存储，记作变量X：
然后多个X变量组成一个长度超过几百毫秒的缓冲队列，而麦克风采集的数据也以10 毫秒长度的音频经过傅里叶变换后作为一个处理单元，该频域64维的幅度值数据记作：
再用Y和缓冲队列的每个X变量逐一做相似性计算，即协方差方法，公式为：
由于缓冲队列中每个X变量都有一个和Y相对应的相似值，找出最大值covmax作为后续寻找回音延时估计值的参考指标之一，再计算另一个回音延时估计值参考值指标，引入服从正态分布的高斯模型，使用该模型对喇叭缓冲队列的每个X进行建模，模型公式为：
其中μ是优选30毫秒语音片段中多维数据X的平均值，计算方法为：
其中S是30毫秒中的语音数据各个分量相互之间的协方差矩阵：
协方差矩阵对角线上的每个值计算如下：
非对角线的数值实际是xi和xj两者之间协方差，表示两者的相关性。计算公式：
喇叭缓冲队列每个X变量都建模后，形成一个相对应的模型缓冲队列。
麦克风每采集一帧数据，经过傅里叶变换后，用模型队列的每个模型计算该帧数据的模型值f(x)，找出f(x)的最大值f(max)作为和前面的covmax做对比，如果前者f(max)更大，则前者对应的时间节点为回音延时估计值，反之，则covmax对应的时间节点为回音延时估计值。
描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种回音延时检测方法，包括音频接收喇叭和麦克风，其特征在于，还包括以下步骤；
S1，将音频接收喇叭采集到的接收信号分段处理后得到若干个缓冲队列Xi；
S2，麦克风按照相同的分段对待发送的发送信号进行变换后得到若干个处理单元Yi；
S3,将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi进行相似性计算，找出最大值covmax；
S4，将麦克风采集到的每一帧数据分别通过高斯模型计算出f(x)的最大值f(max),并和covmax做对比，得出回音延时估计值。
2.根据权利要求1所述的回音延时检测方法，其特征在于，所述步骤S1中包括以下步骤；
S11，将音频接收喇叭采集到的接收信号按时间进行分段处理；
S12，将各段接收信号通过汉宁窗处理后，把音频信号从时域转换到频域；
S13，得到若干个缓冲队列Xi。
3.根据权利要求1所述的回音延时检测方法，其特征在于，所述步骤S2中包括以下步骤；
S21，用相同的时间对麦克风待发送的发送信号进行分段处理；
S22，将待发送的发送信号经过傅里叶变换后得到若干个处理单元Yi。
4.根据权利要求1所述的回音延时检测方法，其特征在于，所述步骤S3中包括以下步骤；
S31，将处理单元Yi与若干个缓冲队列Xi逐一进行相似性计算；
S32，通过公式找出缓冲队列的最大值covmax。
5.根据权利要求1所述的回音延时检测方法，其特征在于，所述步骤S4中包括以下步骤；
S41,将麦克风采集到的每一帧数据经过傅里叶变换；
S42,利用高斯模型公式计算出f(x)；
S43，找出f(x)队列中的最大值f(max)；
S44,对比f(max)和covmax，大者为回音延时估计值。
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