CN110995951B - 基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统 - Google Patents

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Abstract

一种基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统，其中，所述方法包括：从声音采集设备获取输入声音信号；对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号；根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；将处理后的近端语音估计信号输出，得到所述输出信号。通过此方法，能够更好地消除回声，提升免提语音通信终端的双工通话体验。

Description

基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统
技术领域
本申请涉及语音通讯领域，具体地涉及一种基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统。
背景技术
在电话终端中，声学回声是由于扬声器和终端麦克风之间的耦合，导致电话的麦克风不仅包含有用的语音信号，而且还包含回声。如果不对麦克风信号进行处理，则回声信号及近端语音信号会被传输到远端扬声器播放出来，远端通话者就会听到自己延迟后的声音，它会使人感到不舒服，从而影响通话的效果。当回声较大时，通话甚至无法正常进行。因此，必须采取有效措施来抑制回声，消除其影响，才能提高语音通信质量。
例如，在电话会议、免提电话等系统中，都不同程度的存在声学回声现象。回声消除从贝尔发明电话开始就成为工程上需要解决的问题。近年来，随着信息技术的飞速发展，通信方式和应用场景日趋多样化，通信终端日趋小型化，使得扬声器和麦克风的耦合越来越强，回声信道越来越复杂多变，这为语音通信中的声学回声消除带来了极大的挑战。
声学回声一般产生于免提通信系统中，是受声波传播影响的回声产生方式，一般情况下可以分为两种情况：直接回声和间接回声。直接回声是指扬声器播放出来的声音未经任何反射沿路径直接进入麦克风被拾回，这种回声延迟时间最短，且与远端说话者的语音能量、扬声器与话筒之间的距离、角度、扬声器的播放音量及话筒的拾取灵敏度等因素有关。间接回声是指扬声器播放的声音经不同的路径一次或多次反射后进入麦克风所产生的回声集合，这种回声的特征是延迟时问长，延迟抖动大，回声音量受环境影响大。
现有技术中通常使用自适应回声消除器(Acoustic Echo Canceller，简称AEC)来消除回声。AEC的基本原理可以概括为自适应地估计回声，并从麦克风拾取的信号中减去该估计回声。在电话电路中，无论距离有多远，AEC可以使通话者之间免受回声影响；在免提电话中，AEC可以使回声最小化。当不存在近端声音时，AEC的回声消除效果能够满足当前需求；然而，当存在明显的近端声音时，基于现有各种自适应滤波算法的AEC的性能将发生恶化，甚至不能保证自适应滤波算法的收敛。这就是回声消除在实际应用中的必须解决的关键问题，通常称为双端发声(Double-talk，简称DT)问题。为了降低或避免双端发声对AEC性能的影响，可以使用双端发声检测器(Double-talk detector，简称DTD)，DTD的典型应用就是在双端讲话时段冻结AEC的更新，防止自适应滤波算法发散。
DTD是基于双端发声检测算法工作的。双端发声检测算法具体可以包括基于能量的双端发声检测算法、基于信号的相关特性的双端发声检测算法和基于谱特征的双端发声检测算法等。这些双端发声检测算法都依赖于固定阈值的选取，通过将计算的统计量与该阈值进行比较来判断发声状态。然而，由于实际信道以及通话情况的多变性，固定阈值法无法准确的检测双端发声状态。这不仅影响回声消除的鲁棒性，而且会在进行后续处理时产生严重的切音现象，即传输到远端用户的声音会发生断续。
在免提通话设备中主要的影响因素是麦克风接收信号的信回比，即麦克风接收的近端语音与其接收的来自扬声器的回声信号的幅度(功率)比。相比于手持通话，免提通话时麦克风的信回比通常较低，且麦克风与近端讲话者的距离、近端讲话者音量、回声大小等都会令信回比发生变化，这使得传统的基于固定阈值的双端发声检测算法往往失效，难以平衡免提通话下的双工和去回声性能。
综上，现有技术中的回声消除技术，对于双端发声问题，尤其是免提通话、电话会议中的双端发声问题无法准确滤除其中的回声干扰，通话质量易受影响。
发明内容
本申请解决的技术问题是如何更好地消除回声，提升免提语音通信终端的双工通话体验。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统，其中，基于双端发声检测的回声消除方法可以包括：从声音采集设备获取输入声音信号；对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号；根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号。
可选的，所述根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态，包括：根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值；获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到；根据所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值与双讲判断阈值的大小关系，判定当前的发声状态。
可选的，所述根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值，包括：根据下述公式计算所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值：
Figure BDA0002317582740000031
其中，
Figure BDA0002317582740000032
为当前帧的双端发声状态统计量的平均值，PS(k,n)表示近端语音估计信号在第k帧、第n个样本点的功率，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
可选的，所述获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到，包括：实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间；判断所述当前帧的平均信回比所属的信回比区间，并获取所述的信回比区间对应的双讲判断阈值作为所述当前帧的双讲判断阈值。
可选的，所述实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比，包括：获取近端干扰信号，所述近端干扰信号为与所述声音采集设备的同端发声设备产生的声音信号；根据下述公式计算所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；
Figure BDA0002317582740000033
其中，
Figure BDA0002317582740000034
表示估计得到的第k帧的平均信回比，其单位为dB，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，Px(k,n)表示所述近端干扰信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
可选的，所述获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间，包括：将获取的所述多个信回比阈值中相邻的两个作为所述信回比区间的边界值，得到多个信回比区间。
可选的，所述发声状态包括仅远端发声和非仅远端发声两种状态，所述预设的发声状态与处理方式之间的映射关系包括：当发声状态为仅远端发声时，对所述近端语音估计信号作置零处理或抑制至不可闻；当发声状态判断为非仅远端发声时，保留所述近端语音估计信号。
可选的，所述非仅远端发声包括仅近端发声和双端发声两种状态。
可选的，所述对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号，包括：分别对所述输入声音信号进行线性滤波和非线性滤波，得到所述近端语音估计信号。
本申请实施例还提供一种基于双端发声检测的回声消除装置，所述装置包括：输入声音信号获取模块，用于从声音采集设备获取输入声音信号；滤波模块，用于对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号；当前的发声状态判定模块，用于根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；处理方式获取模块，用于获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；近端处理模块，用于根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；输出模块，用于将处理后的近端语音估计信号输出得到输出信号。
本申请实施例还提供一种基于双端发声检测的回声消除系统，包括声音采集设备、同端发声设备和回声消除设备，所述回声消除设备执行上述任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有以下有益效果：
本申请实施例中提供一种基于双端发声检测的回声消除方法，所述方法包括：从声音采集设备获取输入声音信号；对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号；根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号。较之现有技术，对于电话等语音通话中的输入声音信号，区别于现有通讯方案中直接传输给对端设备或者只做自适应回声消除即传输给对端设备，本方法中的技术方案，根据输入声音信号对应的不同发声状态定制不同的处理方式，以结合双端发声的特性对输入声音信号中的回声进行精准滤除。尤其是对于免提通话、语音会议等受双端发声干扰影响较大的通话系统中，能够显著提高通话质量。
进一步地，对输入声音信号中的各帧进行实时的发声状态判断，以实现实时更新对近端语音估计信号的处理方式，使得能够准确地对输入声音信号完整、准确地进行回声消除，保证通话过程的稳定。
进一步地，以采样的方式实时计算以近端干扰信号为回声源、输入声音信号的信回比，在近端干扰信号对输入声音信号的影响程度不同时，设定不同的双讲判断阈值，更加准确地判定当前的发声状态，提高对输入声音信号进行回声消除的准确性。
进一步地，定义了两种发声状态，并规定两种发声状态对应的处理方式，可基本满足常见的语音通话中实时回声消除的要求。
进一步地，对输入声音信号的自适应滤波包含线性滤波和非线性滤波两个操作，能够进一步对输入声音信号进行回声抑制。
本申请实施例提供的基于双端发声检测的回声消除系统，可根据通信过程中产生的声学回声进行实时检测、并根据检测结果予以消除，从而能够在语音通信终端处于免提模式下提高回声的消除效果，以提升通话质量。尤其针对免提语音通信终端，本申请实施例中提供的基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统，能够将仅远端发声和仅近端发声或双端发声的情况进行实时区分。当判断为仅远端发声时对时域输出结果作置零处理或抑制至不可闻，从而在保证双工通话性能的同时对回声作最大程度的消除，达到同时提高回声消除和双工性能的目的，提升免提语音通信终端的双工通话体验。
附图说明
图1是本申请实施例的一种基于双端发声检测的回声消除方法的流程示意图；
图2是本申请实施例的一种基于双端发声检测的回声消除方法的应用示意图；
图3是本申请一实施例中图1的步骤S103的流程示意图；
图4是本申请一实施例中图3中步骤S302的流程示意图；
图5是本申请实施例的一种信回比区间的示意图；
图6是本申请实施例的一种基于双端发声检测的回声消除装置的结构示意图；
图7是本申请实施例的一种基于双端发声检测的回声消除系统的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所言，现有技术中的回声消除技术，对于双端发声问题，尤其是免提通话、电话会议中的双端发声问题无法准确滤除其中的回声干扰，通话质量易受影响。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种基于双端发声检测的回声消除方法，所述方法包括：从声音采集设备获取输入声音信号；对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号；根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；根据处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号。
采用本实施例所述方案的能够滤除双端发声中的干扰信号，显著提高通话质量。
具体请参见图1，图1提供了一种基于双端发声检测的回声消除方法的流程示意图；该方法具体可以包括以下步骤：
S101，从声音采集设备获取输入声音信号。
输入声音信号是声音采集设备采集到的声音信号。其中声音采集设备可以为麦克风等设备，对于电话或者类电话形式的通话中，为手机、座机或电脑等终端自带的声音采集设备。
在电话通讯过程中，电话等终端实时通过声音采集设备采集本端的声音，并将其通过通信线路传输到通话的对端，在本端的声音采集设备采集到输入声音信号后，不直接传输给通话的对端，而是通过下述步骤S102至S106的步骤，对输入声音信号进行回声消除，以提高语音通话的质量。
S102，对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号。
从声音采集设备获取输入声音信号后，对获取的输入声音信号进行滤波，以过滤掉本端产生的、干扰正常通话的回声信号，并获取滤除回声信号后的近端语音估计信号。其中，自适应滤波的方法，可以采用自适应回声消除器(即AEC)对输入声音信号进行滤波，过滤出近端语音估计信号。
S103，根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态。
其中，发声状态可以包括仅远端发声、双端发声和仅近端发声等等不同的状态，发声状态对应不同的对获取的近端语音估计信号的处理方式，可根据需要设定多种不同的发声状态，不限于前述所举的例子。当前的发声状态即为对本次过滤得到的近端语音估计信号进行实时的发声状态判定，以确定其实时对应的发声状态。
在获取近端语音估计信号后，可根据该语音信号的波形、信道等属性判定其对应的发声状态。
S104，获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式。
处理方式是对各发声状态的近端语音估计信号进行对应处理方式，可以包括将近端语音估计信号置零(0)、完全保留或者保留部分等等处理方式。可通过预先设定发声状态与处理方式之间的映射关系，在判定当前的发声状态后，即可根据映射关系自动获取对应的处理方式。
S105，根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理。
在步骤S104中获取当前的发声状态对应的处理方式后，即根据此处理方式对述近端语音估计信号进行处理。
S106，将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号。
处理后的近端语音估计信号即可正确反映本端的通话信息，可将此输出信号通过通信链路传输给通话对端。
通过上述实施例中的方法，对于电话等语音通话中的输入声音信号，区别于现有通讯方案中直接传输给对端设备或者只做自适应回声消除即传输给对端设备，本实施例中根据输入声音信号对应的不同发声状态定制不同的处理方式，以结合双端发声的特性对输入声音信号中的干扰或回声进行精准滤除。尤其是对于免提通话、语音会议等受双端发声干扰影响较大的通话系统中，能够显著提高通话质量。
请参见图2，图2提供了一种基于双端发声检测的回声消除方法的应用示意图；在图2示出的应用场景中，通话对象包含远端设备200和近端设备210，其中，远端设备200包括远端麦克风201和远端扬声器202，近端设备210包括近端扬声器203和近端麦克风204。
在通讯过程中，远端麦克风201将下行信号S1送至近端扬声器203，直接回声S2是由近端扬声器203发出而被近端麦克风204直接拾取的声音信号，间接回声S3是由近端扬声器203发出经环境反射而被近端麦克风204间接拾取的声音信号。在拾取回声(直接回声S2和间接回声S3)的同时，人(图未示)对近端麦克风204发出语音(见图中标记的“语音”)，由近端麦克风204拾取语音且产生上行信号S4被发送到远端扬声器202播放出来。
图1中的基于双端发声检测的回声消除方法可应用于图2中的近端麦克风204侧，在近端麦克风204获取待发送给远端设备200的输入声音信号(即根据图2中语音所得到的声音信号)之前，先通过图1中的回声消除方法对输入声音信号进行处理。
在一个实施例中，请继续参见图1，图1中的步骤S103根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态，具体可以包括图3中的步骤S301至S303：
S301，根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值。
当前帧的双端发声状态统计量为以输入声音信号中的当前帧作为参考点，对参考点之前的输入声音信号和近端语音估计信号分别进行采样，通过对输入声音信号和近端语音估计信号进行对比、计算得出的、用于反映输入声音信号中当前的发声状态的数值。其平均值即为取双端发声状态统计量在若干个采样点的平均值。当前帧的双端发声状态统计量的平均值可以是将输入声音信号和近端语音估计信号输入双端发声检测器得到。
S302，获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到。
其中，输入声音信号的信回比为输入声音信号中的信号和回声的能量比，可对输入声音信号进行信回比计算，以求得其信回比。
近端干扰信号是与声音采集设备对应的同端发声设备产生的声音对麦克风的接收产生的干扰信号，可从与声音采集设备相对应的发声设备获取。发声设备可以为在电话通信中本端麦克风对应的扬声器等设备。
双讲判断阈值为用于判定当前帧的双端发声状态统计量的平均值对应的发声状态的阈值，对双端发声状态统计量的平均值设定多个发声状态的阈值，即双讲判断阈值。此双讲判断阈值为基于输入声音信号的信回比和近端干扰信号两个因素进行设定。
S303，根据所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值与双讲判断阈值的大小关系，判定当前的发声状态。
根据输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值和步骤S302中得到的双讲判断阈值的大小关系，来判定当前帧的双端发声状态统计量的平均值处于哪一发声状态的阈值区间内，从而判定当前的发声状态。
本实施例中，对输入声音信号中的各帧进行实时的发声状态判断，以实现实时更新对近端语音估计信号的处理方式，使得能够准确地对输入声音信号完整、准确地进行回声消除，保证通话过程的稳定。
在一个实施例中，请继续参见图3，步骤S301中输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值的计算方式可以根据以下公式计算得到：
Figure BDA0002317582740000101
其中，
Figure BDA0002317582740000102
为当前帧的双端发声状态统计量的平均值，PS(k,n)表示近端语音估计信号在第k帧、第n个样本点的功率，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
在一个实施例中，请继续参见图3，图3中的步骤S302获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到，可以包括图4中的步骤S401至S403，其中：
S401，实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比。
将输入声音信号传输到信回比计算器，以实时获取输入声音信号的信回比，并以当前帧作为参考点，计算在参考点之前的输入声音信号中近端干扰信号对其影响的量化数值，并对数值求平均值，得到当前帧的平均信回比。
S402，获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间。
预设的多个信回比阈值是通过经验或者技术人员极端得到的数值，可根据多个信回比阈值生成多个信回比区间的边界值，以限定多个信回比区间。每个信回比区间设定对应的双讲判断阈值。
S403，判断所述当前帧的平均信回比所属的信回比区间，并获取所述的信回比区间对应的双讲判断阈值作为所述当前帧的双讲判断阈值。
判定得到的输入声音信号中当前帧的平均信回比所属的信回比区间，并将该信回比区间设定对应的双讲判断阈值作为当前帧的双讲判断阈值，执行上述图3中步骤S302的操作。
本实施例中，以采样的方式实时计算以近端干扰信号为回声源、输入声音信号的信回比，在近端干扰信号对输入声音信号的影响程度不同时，设定不同的双讲判断阈值，更加准确地判定当前的发声状态，提高对输入声音信号进行回声消除的准确性。
可选的，图4中的步骤S401中当前帧的平均信回比计算方式如下：
获取近端干扰信号，所述近端干扰信号为与所述声音采集设备的同端发声设备产生的声音信号。
根据下述公式计算所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；
Figure BDA0002317582740000111
其中，
Figure BDA0002317582740000112
表示估计得到的第k帧的平均信回比，其单位为dB，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，Px(k,n)表示所述近端干扰信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
Pm(k,n)和Px(k,n)是对输入声音信号和近端干扰信号分别按帧进行采样、得到的采样点的功率值。采样过程为：各自获取输入声音信号和近端干扰信号中的n个样本点，每一样本点对应的信号帧为第k帧。其中，n和k为可变的计数数值。
在一个实施例中，请继续参见图4，图4中的步骤S402获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间，可以包括：将获取的所述多个信回比阈值中相邻的两个作为所述信回比区间的边界值，得到多个信回比区间。
可存储预设的多个信回比阈值，当需构建信回比区间时，从存储区域获取存储的信回比阈值，将其按照数值大小的顺序进行排序，以排序后相邻的两个阈值作为一个信回比区间的边界值，以得到多个信回比区间。
例如，预设的多个信回比阈值为SER_thr_1，SER_thr_2，SER_thr_3，…，SER_thr_k，由该信回比阈值构成信回比区间请参见图5，图5提供了一实施例中信回比区间的示意图。
其中，信回比区间可表示为：信回比区间501，信回比区间502，…，信回比区间50k，其中k为一可变的数值，表示第k个信回比区间50k，根据k+1个信回比阈值可构建k个信回比区间50k。
继续地，为每一信回比区间设定对应的双讲判断阈值，即图5中的双讲判断阈值m1，双讲判断阈值m2，…，双讲判断阈值mk。判定当前帧的平均信回比所属的信回比区间后，即获取对应的双讲判断阈值，即步骤S403。
本实施例中，信回比区间是以预设的信回比阈值为区间边界值自动构建的。
在一个实施例中，所述发声状态包括仅远端发声和非仅远端发声两种状态，所述预设的发声状态与处理方式之间的映射关系包括：当发声状态为仅远端发声时，对所述近端语音估计信号作置零处理或抑制至不可闻；当发声状态为非仅远端发声时，保留所述近端语音估计信号。
可根据近端语音估计信号对于实际通话的影响，来设置两种发声状态，即仅远端发声和非仅远端发声。当根据近端语音估计信号判定当前的发声状态为仅远端发声时，则需将近端语音估计信号作置零处理或抑制至不可闻，即滤除近端语音估计信号，将静音信号作为本端的传输信号传输到通话的对端设备。当根据近端语音估计信号判定当前的发声状态为非仅远端发声时，则需保留近端语音估计信号，并将近端语音估计信号作为本端的传输信号传输到通话的对端设备。
本实施例中，定义了两种发声状态，并规定两种发声状态对应的处理方式，可基本满足常见的语音通话中实时回声消除的要求。
可选的，所述非仅远端发声包括仅近端发声和双端发声两种状态。
可继续对上述的非仅远端发声这一发声状态进行细化分析，将其分为仅近端发声和双端发声两种状态，仅近端发声即为声音采集设备仅采集到本端的传输信号，而未采集到近端干扰信号；双端发声状态即声音采集设备既采集到本端的传输信号，又采集到近端干扰信号。可针对这两个状态进一步规定处理方式。如，对于仅近端发声则不做处理而直接向对端传输声音信号等等。
在一个实施例中请继续参见图1，图1中的步骤S102对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号，具体可以包括两次滤波操作，即线性滤波和非线性滤波。
将输入声音信号经AEC等滤波器件中的线性滤波处理，以消除部分回声。然而输入声音信号经线性滤波后，仍包含线性残余回声和非线性回声，在有近端发声的情况下，还会包含近端语音。对包含残余回声的声音信号继续进行非线性处理滤波可用于实现进一步的回声抑制。
本实施例中，对输入声音信号的自适应滤波包含线性滤波和非线性滤波两个操作，能够进一步对输入声音信号进行回声抑制。
本申请实施例还提供了一种基于双端发声检测的回声消除装置，请参见图6，该装置可包含输入声音信号获取模块601、滤波模块602、发声状态判定模块603、处理方式获取模块604、近端处理模块605和输出模块606，其中：
输入声音信号获取模块601，用于从声音采集设备获取输入声音信号。
滤波模块602，用于对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号。
发声状态判定模块603，用于根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态。
处理方式获取模块604，用于获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式。
近端处理模块605，用于根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理。
输出模块606，用于将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号。
在一个实施例中，发声状态判定模块603可以包括：
发声状态实时获取单元，用于根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值；
阈值获取单元，用于获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到；
发声状态判定单元，用于根据所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值与双讲判断阈值的大小关系，判定当前的发声状态。
在一个实施例中，所述阈值获取单元，包括：
当前信回比获取子单元，用于实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；
信回比区间构建子单元，用于获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间；
阈值判断子单元，用于判断所述当前帧的平均信回比所属的信回比区间，并获取所述的信回比区间对应的双讲判断阈值作为所述当前帧的双讲判断阈值。
在一个实施例中，上述信回比区间构建子单元，还用于将获取的所述多个信回比阈值中相邻的两个作为所述信回比区间的边界值，得到多个信回比区间。
在一个实施例中，请继续参见图6，图6中的滤波模块602还用于，分别对所述输入声音信号进行线性滤波和非线性滤波，得到所述近端语音估计信号。
关于所述基于双端发声检测的回声消除装置的工作原理、工作方式的更多内容，可以参照上述图1至图5中的相关描述，这里不再赘述。
本申请实施例中还提供一种基于双端发声检测的回声消除系统，包括声音采集设备、同端发声设备和回声消除设备，所述回声消除设备执行图1至图5中提供的基于双端发声检测的回声消除方法的步骤。
请参见图7，图7为一种基于双端发声检测的回声消除系统的示意图；该系统包括声音采集设备701、回声消除设备702和同端发声设备703。其中，声音采集设备701可以为电话通讯中的麦克风，用于采集输入声音信号A1。同端发声设备703可以为电话通讯中与麦克风同端连接的扬声器，用于产生声音信号，但其对于输入声音信号A1可能产生干扰，故将其作为干扰声音信号A6。回声消除设备702为本申请实现图1至图5中基于双端发声检测的回声消除方法的设备，可通过实体或者逻辑电路、以及软件编程等方式实现回声消除设备的功能。
可选的，如图7所示，回声消除设备702可以包括线性AEC滤波器7021、NLP滤波器7022、双端发声检测器7023、信回比估计器7024、阈值判断器7025以及处理器7026。
该回声消除设备702对于通讯过程中接收自声音采集设备701、同端发声设备703的声音信号的处理方式为：
从声音采集设备701中获取输入声音信号A1，对其进行回声消除，将输入声音信号A1经由线性AEC滤波器7021进行线性滤波，得到线性滤波后的声音信号A2，再经NLP滤波器对A2进行非线性滤波，得到近端语音估计信号A3，将其作为双端发声检测器7023的一路输入信号。将输入声音信号A1直接作为双端发声检测器的另一路输入信号。其中，线性AEC滤波器7021以干扰声音信号A6作为滤波参考因子对输入声音信号A1进行线性滤波。
另外，将输入声音信号A1输入信回比估计器7024，实时计算输入声音信号当前帧的平均信回比A4，并将平均信回比A4传输至阈值判断器7025，阈值判断器7025根据预设的多个信回比阈值所构建的多个信回比区间，以确定当前帧的平均信回比A4所对应的双讲判断阈值A5，将双讲判断阈值A5发送至双端发声检测器7023作为当前的发声状态判定的依据。其中，信回比估计器7024对输入声音信号A1和干扰声音信号A6进行采样，根据下列公式计算得到当前帧的平均信回比A4：
Figure BDA0002317582740000151
其中，
Figure BDA0002317582740000152
表示估计得到的第k帧的平均信回比，其单位为dB，Pm(k,n)表示所述输入声音信号A1在第k帧、第n个样本点的功率，Px(k,n)表示近端干扰信号A6在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
双端发声检测器7023获取第一路输入信号(即近端语音估计信号A3)、第二路输入信号(即输入声音信号A1)以及双讲判断阈值A5，根据这些信息来实时判定当前的发声状态A7。当前的发声状态是基于当前帧的双端发声状态统计量的平均值得到的。双端发声检测器7023对近端语音估计信号A3和输入声音信号A1进行采样，根据下列公式计算得到当前帧的双端发声状态统计量的平均值：
Figure BDA0002317582740000161
其中，
Figure BDA0002317582740000162
为当前帧的双端发声状态统计量的平均值，Ps(k,n)表示近端语音估计信号A3在第k帧、第n个样本点的功率，Pm(k,n)表示所述输入声音信号A1在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
双端发声检测器7023将得到的当前的发声状态A7发送给处理器7026，处理器7026根据当前的发声状态A7对近端语音估计信号A3进行处理。处理方式为：当发声状态为仅远端发声时，对近端语音估计信号A3作置零处理或抑制至不可闻；当发声状态为非仅远端发声时，保留近端语音估计信号A3。将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号A8，可将该输出信号A8经由通信链路传输至通信对端的设备。
请参见图2中的基于双端发声检测的回声消除方法的应用场景，可将图7中的系统应用到该场景中的近端设备侧，以消除图2中的直接回声S2、间接回声S3。
上述基于双端发声检测的回声消除系统，根据通信过程中产生的声学回声进行实时检测、并根据检测结果予以消除，从而能够在语音通信终端处于免提模式下提高回声的消除效果，以提升通话质量。
尤其针对免提语音通信终端，本申请实施例中提供的基于双端发声检测的回声消除方法、装置及系统，能够将仅远端发声和仅近端发声或双端发声的情况进行实时区分。当判断为仅远端发声时对时域输出结果作置零处理或抑制至不可闻，从而在保证双工通话性能的同时对回声作最大程度的消除，达到同时提高回声消除和双工性能的目的，提升免提语音通信终端的双工通话体验。
虽然本申请披露如上，但本申请并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本申请的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本申请的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于双端发声检测的回声消除方法，其特征在于，所述方法包括：
从声音采集设备获取输入声音信号；
对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号，其中，所述近端语音估计信号为对滤除回声信号后的输入声音信号；
根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；
获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；
根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；
将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号；
其中，所述发声状态包括仅远端发声和非仅远端发声两种状态，所述预设的发声状态与处理方式之间的映射关系包括：
当发声状态为仅远端发声时，对所述近端语音估计信号作置零处理或抑制至不可闻；
当发声状态为非仅远端发声时，保留所述近端语音估计信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态，包括：
根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值；
获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到；
根据所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值与双讲判断阈值的大小关系，判定当前的发声状态。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述输入声音信号和所述近端语音估计信号计算所述输入声音信号中当前帧的双端发声状态统计量的平均值，包括：
根据下述公式计算所述当前帧的双端发声状态统计量的平均值：
Figure FDA0003080843330000021
其中，
Figure FDA0003080843330000022
为当前帧的双端发声状态统计量的平均值，PS(k,n)表示近端语音估计信号在第k帧、第n个样本点的功率，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述当前帧对应的双讲判断阈值，所述双讲判断阈值根据所述输入声音信号的信回比和近端干扰信号得到，包括：
实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；
获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间；
判断所述当前帧的平均信回比所属的信回比区间，并获取所述的信回比区间对应的双讲判断阈值作为所述当前帧的双讲判断阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述实时估计所述输入声音信号的信回比，以得到所述输入声音信号中当前帧的平均信回比，包括：
获取近端干扰信号，所述近端干扰信号为与所述声音采集设备的同端发声设备产生的声音信号；
根据下述公式计算所述输入声音信号中当前帧的平均信回比；
Figure FDA0003080843330000023
其中，
Figure FDA0003080843330000024
表示估计得到的第k帧的平均信回比，其单位为dB，Pm(k,n)表示所述输入声音信号在第k帧、第n个样本点的功率，Px(k,n)表示所述近端干扰信号在第k帧、第n个样本点的功率，mean()表示取括号内数值的平均值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取预设的多个信回比阈值，并根据所述多个信回比阈值构建多个信回比区间，包括：
将获取的所述多个信回比阈值中相邻的两个作为所述信回比区间的边界值，得到多个信回比区间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非仅远端发声包括仅近端发声和双端发声两种状态。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号，包括：
分别对所述输入声音信号进行线性滤波和非线性滤波，得到所述近端语音估计信号。
9.一种基于双端发声检测的回声消除装置，其特征在于，所述装置包括：
输入声音信号获取模块，用于从声音采集设备获取输入声音信号；
滤波模块，用于对所述输入声音信号进行自适应滤波，得到近端语音估计信号，其中，所述近端语音估计信号为对滤除回声信号后的输入声音信号；
发声状态判定模块，用于根据所述近端语音估计信号判定当前的发声状态；
处理方式获取模块，用于获取预设的发声状态与处理方式之间的映射关系，根据所述映射关系获取所述当前的发声状态对应的处理方式；
近端处理模块，用于根据所述处理方式对所述近端语音估计信号进行处理；
输出模块，用于将处理后的近端语音估计信号输出，得到输出信号；
其中，所述发声状态包括仅远端发声和非仅远端发声两种状态，所述预设的发声状态与处理方式之间的映射关系包括：
当发声状态为仅远端发声时，对所述近端语音估计信号作置零处理或抑制至不可闻；
当发声状态为非仅远端发声时，保留所述近端语音估计信号。
10.一种基于双端发声检测的回声消除系统，包括声音采集设备、同端发声设备和回声消除设备，其特征在于，所述回声消除设备执行权利要求1至8任一项所述方法的步骤。
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