CN111028855B - 回声抑制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

回声抑制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种回声抑制方法、装置、设备及存储介质，涉及回声消除技术领域，其包括：对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。采用上述方法，可以解决在接收信号包含近端信号时，对接收信号进行回声抑制时产生吞音现象的技术问题。

Description

回声抑制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请实施例涉及回声消除技术领域，尤其涉及一种回声抑制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
对于配置有扬声器和麦克风的音频设备而言，扬声器播放的音频信号经过空间障碍物时会发生反射，在经过多次反射后音频信号可能会到达麦克风形成回声信号。该回声信号会影响麦克风的音频通信质量，尤其对于双讲场景的影响更大。现有技术中，可以通过扬声器播放的参考音频信号、麦克风采集的接收信号以及消除回声时的误差信号与接收信号的相关系数，利用非线性回声消除方法实现回声抑制。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中存在如下缺陷：利用非线性回声消除方法得到的相关系数容易估计过大，此时，如果接收信号中包含近端信号(如用户说话产生的音频信号)，那么根据相关系数抑制回声信号时，会同时抑制部分近端信号，进而出现近端信号被吞音的现象。
发明内容
本申请提供了一种回声抑制方法、装置、设备及存储介质，以解决现有技术中，在接收信号包含近端信号时，对接收信号进行回声抑制会产生吞音现象的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种回声抑制方法，包括：
对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；
计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；
根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；
根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
进一步的，所述根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号包括：
确定所述功率包络差值是否小于差值阈值；
若小于所述差值阈值，则确定所述线性回声消除信号包含近端信号。
进一步的，所述生成第一非线性抑制系数包括：
根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第一抑制因子得到备选非线性抑制系数；
确定所述线性回声消除信号中残留回声信号的残留功率；
根据所述残留功率、所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件；
若达到过量抑制条件，则根据所述残留功率和所述接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数；
若未达到过量抑制条件，则将所述备选非线性抑制系数作为第一非线性抑制系数。
进一步的，所述根据所述残留功率、所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件包括：
根据所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数计算第一参量，所述第一参量等于|(1-ρβ)e(n)|2，其中，ρβ表示备选非线性抑制系数，ρ表示所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数，β表示第一抑制因子，e(n)表示线性回声消除信号；
根据所述残留功率计算第二参量，所述第二参量等于κδr(n)，其中，κ表示缩放因子，δr(n)表示残留功率；
比较所述第一参量和所述第二参量；
若所述第一参量大于所述第二参量，则确定达到过量抑制条件；
若所述第一参量小于或等于所述第二参量，则确定未达到所述过量抑制条件。
进一步的，所述根据所述残留功率和所述接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数包括：
确定所述残留功率和所述接收信号的接收功率的功率和值，并将所述接收功率与所述功率和值的比值作为第一非线性抑制系数。
进一步的，还包括：
根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号不包含近端信号，生成第二非线性抑制系数；
根据所述第二非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
进一步的，所述生成第二非线性抑制系数包括：
根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第二抑制因子得到第二非线性抑制系数。
进一步的，所述相关系数的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000031
其中，ρ表示相关系数，0≤ρ≤1，δe(n)表示线性回声消除信号的消除功率，δy(n)表示接收信号的接收功率，δey(n)＝λδey(n-1)+(1-λ)|e*(n)y(n)|，λ表示遗忘因子，y(n)表示接收信号，e(n)表示线性回声消除信号，e*(n)表示e(n)的共轭。
进一步的，所述计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值包括：
确定所述接收信号的接收功率以及所述线性回声消除信号的消除功率；
将所述接收功率与低通滤波系数做卷积，以得到所述接收功率的接收功率包络，将所述消除功率与所述低通滤波系数做卷积，以得到所述消除功率的消除功率包络；
计算所述接收功率包络和所述消除功率包络之间的功率包络差值。
进一步的，所述功率包络差值的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000032
其中，δd表示功率包络差值，
Figure BDA0002322664280000033
表示接收功率包络，
Figure BDA0002322664280000034
表示消除功率包络。
进一步的，所述对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号包括：
获取参考信号以及音频接收装置采集的接收信号；
根据所述参考信号和线性回声消除滤波系数对所述接收信号进行线性滤波，以得到线性回声消除信号。
第二方面，本申请实施例还提供了一种回声抑制装置，包括：
第一消除模块，用于对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；
差值计算模块，用于计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；
系数生成模块，用于根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；
第二消除模块，用于根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
第三方面，本申请实施例还提供了一种回声抑制设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的回声抑制方法。
第四方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如第一方面所述的回声抑制方法。
上述回声抑制方法、装置、设备及存储介质，通过对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号，之后，计算接收信号和线性回声消除信号之间的功率包络差值，并根据功率包络差值确定线性回声消除信号中包含近端信号时，生成对应的第一非线性抑制系数，通过第一非线性抑制系数抑制线性回声消除信号中的残留回声信号的技术手段，通过在接收信号包含近端信号时，采用相应的抑制策略，即生成对应的第一非线性抑制系数，可以解决现有技术中，对包含近端信号的接收信号进行回声抑制时产生吞音现象的技术问题。
进一步的，在线性回声消除信号包含近端信号时，通过估计残留回声信号的残留功率，可以有效避免近端信号被消除，进而保证近端信号的完整性。
进一步的，相比于现有的通过接收信号能量或相关系数判断线性回声消除信号是否包含近端信号的方式，通过功率包络差值判断线性回声消除信号是否包含近端信号的判断结果更加准确，且可以保证近端信号检测结果的连续性。
附图说明
图1为本申请一个实施例提供的一种回声抑制方法的流程图；
图2为本申请一个实施例提供的另一种回声抑制方法的流程图；
图3为本申请一个实施例提供的一种回声抑制装置的结构示意图；
图4为本申请一个实施例提供的一种回声抑制设备的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作或对象与另一个实体或操作或对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作或对象之前存在任何这种实际的关系或顺序。例如，第一非线性抑制系数和第二非线性抑制系数的“第一”和“第二”用来区分两个不同的非线性抑制系数。
实施例中提供的回声抑制方法可以由回声抑制设备执行，该回声抑制设备可以通过软件和/或硬件的方式实现，该回声抑制设备可以是两个或多个物理实体构成，也可以是一个物理实体构成。例如，回声抑制设备可以是电脑、手机、蓝牙通话音响、平板或交互智能平板等智能设备，可选的，该回声抑制设备还同步设置有音频播放装置(如扬声器等)以及音频接收装置(如麦克风等)。
图1为本申请一个实施例提供的一种回声抑制方法的流程图。参考图1，该回声抑制方法具体包括：
步骤110、对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号。
具体的，接收信号为音频接收装置采集的音频信号。当用户通过音频接收装置进行通话时，接收信号包含用户输入的音频信号，实施例中，将用户输入的音频信号记为近端信号。一个实施例中，将音频播放装置播放的音频信号记为参考信号，当音频播放装置播放参考信号时，接收信号包含参考信号的回声信号。当音频播放装置播放音频信号且用户通过音频接收装置进行通话时，接收信号包含近端信号和回声信号。实施例中，以接收信号至少包含回声信号为例进行描述。可以理解，在参考信号反射过程中，障碍物对声音的反射是非线性的，同时，音频播放装置和音频接收装置的频率响应也存在非线性因素，因此，本实施例中回声信号会包含线性回声信号和非线性回声信号。由于线性回声信号容易被消除，因此，先对回声信号中的线性回声信号进行消除，即对回声信号进行线性回声消除。
其中，线性回声信号的消除方法实施例不做限定，例如，采用归一化最小均分(NormalizedLeastMean Square，NLMS)算法、分段块频域自适应滤波器(PartitionedBlockFrequency Domain Adaptive Filter，PBFDAF)算法等自适应滤波器法对线性回声信号进行消除。实施例中，将线性回声消除后的接收信号记为线性回声消除信号，该线性回声消除信号包含消除线性回声信号后的残留回声信号。
可以理解，接收信号、参考信号、近端信号、回声信号、线性消除回声信号以及残留回声信号均是时域上的信号。
步骤120、计算接收信号和线性回声消除信号之间的功率包络差值。
其中，功率包络是指功率信号的包络，其为频域上的信号。一个实施例中，将功率信号经过低通滤波器，以使功率信号与低通滤波器系数进行卷积进而得到功率信号的功率包络。通过功率包络可以体现功率信号的低频特性。可以理解，按照上述方式可以得到接收信号的功率包络并记为接收功率包络，以及得到线性回声消除信号的功率包络并记为消除功率包络，之后，将接收功率包络和消除功率包络作差，以得到功率包络差值。
步骤130、根据功率包络差值确定线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数。
具体的，由于近端信号为无损信号，若接收信号中包含近端信号，那么对接收信号进行线性回声消除时，近端信号会被保留，此时仅有部分回声信号被消除。由于线性回声消除信号中近端信号的能量大于残留回声信号的能量，因此，包含近端信号的接收信号与对应的线性回声消除信号在频域上的功率包络之间相似度较高，不包含近端信号的接收信号与对应的线性回声消除信号在频率上的功率包络之间的相似度较低，即包含近端信号的功率包络差值较小，不包含接收信号的功率包络差值较大。所以，可以通过功率包络差值确定接收信号是否包含接收信号。一个实施例中，设定差值阈值，当功率包络差值小于差值阈值时，可以判定接收信号中包含近端信号。当功率包络差值大于差值阈值时，可以判断接收信号中不包含近端信号。其中，差值阈值可以根据实际情况设定。
进一步的，根据功率包络差值确定接收信号包含近端信号时，生成对应的抑制系数，并记为第一非线性抑制系数。其中，抑制系数用于对线性回声消除信号进行抑制，以消除其中的残留回声信号。一个实施例中，为了防止回声消除时对近端信号造成吞音现象，因此，针对包含近端信号的线性回声消除信号专门计算对应的第一非线性抑制系数。可选的，计算第一非线性抑制系数时，先计算接收信号和线性回声消除信号之间的相关系数，并设定相关系数的抑制因子，之后，判断根据设置有抑制因子的相关系数对线性回声消除信号进行滤波时，是否会出现吞音现象，即设置有抑制因子的相关系数是否会过多抑制线性回声消除信号。其中，判断是否会出现吞音现象的方式可以是：通过设置有抑制因子的相关系数对线性回声消除信号进行滤波后，确定被消除的信号功率，若被消除的信号功率大于线性回声消除信号中残留回声信号的残留功率，则说明会出现吞音现象，否则，不会出现吞音现象。当不会出现吞音现象时，可以直接将设置有抑制因子的相关系数作为第一非线性抑制系数。当会出现吞音现象时，可以生成一个比设置有抑制因子的相关系数小的系数并作为第一非线性抑制系数，其中，生成比设置有抑制因子的相关系数小的系数的具体手段实施例不做限定，只要避免吞音现象即可。
步骤140、根据第一非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波，以抑制线性回声消除信号中的残留回声信号。
具体的，将线性回声消除信号与第一非线性抑制系数相乘，以实现通过第一非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波，并抑制线性回声消除信号中的残留回声信号，进而实现消除由于音频播放装置播放参考信号而产生的回声信号。此时，相比于接收信号，本步骤中滤波后得到的信号对回声信号进行了有效消除。
上述，通过对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号，之后，计算接收信号和线性回声消除信号之间的功率包络差值，并根据功率包络差值确定线性回声消除信号中包含近端信号时，生成对应的第一非线性抑制系数，通过第一非线性抑制系数抑制线性回声消除信号中的残留回声信号的技术手段，通过在接收信号包含近端信号时，采用相应的抑制策略，即生成对应的第一非线性抑制系数，可以解决现有技术中，对包含近端信号的接收信号进行回声抑制时产生吞音现象的技术问题。并且，相比于通过接收信号能量或相关系数判断线性回声消除信号是否包含近端信号的方式，通过功率包络差值判断线性回声消除信号是否包含近端信号的判断结果更加准确，且可以保证近端信号检测结果的连续性。
图2为本申请一个实施例提供的另一种回声抑制方法的流程图。本实施例提供的回声抑制方法是在上述回声抑制方法的基础上进行具体化。具体的，参考图2，该回声抑制方法具体包括：
步骤201、获取参考信号以及音频接收装置采集的接收信号。
具体的，将音频接收装置采集的接收信号记为y(n)，其表示n时刻的接收信号。将音频播放装置播放的参考信号记为x(n)，其表示n时刻的参考信号。
步骤202、根据参考信号和线性回声消除滤波系数对接收信号进行线性滤波，以得到线性回声消除信号。
一个实施例中，采用线性回声消除滤波器对接收信号进行线性滤波。线性回声消除滤波器的类型实施例不做限定。可选的，线性回声消除滤波器的线性回声消除滤波系数也可以理解为线性回声消除滤波向量，其具体值可以根据实际情况设定，实施例中，用
Figure BDA0002322664280000081
表示线性回声消除滤波系数。具体的，通过音频播放装置播放的参考信号确定线性回声消除滤波器的参考信号向量，并通过线性回声滤波系数估计出参考信号对应的线性回声信号，之后，在接收信号中滤除计算得到的线性回声信号，以得到线性回声消除信号。其中，线性回声消除信号的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000082
其中，e(n)表示n时刻的线性回声消除信号，
Figure BDA0002322664280000083
为
Figure BDA0002322664280000084
的共轭转置矩阵，x(n)为参考信号的向量表示形式。
Figure BDA0002322664280000085
为通过线性回声滤波系数和参考信号估计出的线性回声信号。
步骤203、确定接收信号的接收功率以及线性回声消除信号的消除功率。
一个实施例中，将接收信号的功率信号记为接收功率。接收功率的计算公式为δy(n)＝λδy(n-1)+(1-λ)|y(n)|2，其中，δy(n)表示n时刻接收信号的接收功率。λ表示遗忘因子，0≤λ≤1，其用于对接收功率进行平滑，且具体值可以根据实际情况设定。
一个实施例中，将线性回声消除信号的功率信号记为消除功率。消除功率的计算公式为δe(n)＝λδe(n-1)+(1-λ)|e(n)|2，其中，δe(n)表示n时刻线性回声消除信号的消除功率。可选的，消除功率计算过程中使用的λ与接收功率计算过程中使用的λ的作用相同，取值可以相同或不同。
步骤204、将接收功率与低通滤波系数做卷积，以得到接收功率的接收功率包络，将消除功率与低通滤波系数做卷积，以得到消除功率的消除功率包络。
示例性的，分别将接收功率和消除功率经过低通滤波器，以得到对应的功率包络。其中，低通滤波器的类型实施例不做限定，低通滤波器的系数记为h，其具体值可以根据实际情况设定。一个实施例中，将δy(n)与h做卷积，以得到接收功率包络，实施例中，将接收功率包络记为
Figure BDA0002322664280000091
将δe(n)与h做卷积，以得到消除功率包络，实施例中，将消除功率包络记为
Figure BDA0002322664280000092
可以理解，接收功率和消除功率的计算顺序实施例不做限定，接收功率包络和消除功率包络的计算顺序实施例同样不做限定。
步骤205、计算接收功率包络和消除功率包络之间的功率包络差值。
一个实施例中，功率包络差值的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000093
其中，δd表示功率包络差值，
Figure BDA0002322664280000094
表示接收功率包络，
Figure BDA0002322664280000095
表示消除功率包络。
步骤206、确定功率包络差值是否小于差值阈值。若小于差值阈值，则执行步骤207。若大于或等于差值阈值，则执行步骤213。
一个实施例中，将差值阈值记为T，T的取值与线性回声消除性能有关。线性回声消除滤波器的性能越好，T的取值可以越大，反之，T的取值可以越小。具体的，比较δd和T时，若δd小于T，则说明线性回声消除信号中包含近端信号，执行步骤207。若δd大于或等于T，则说明线性回声消除信号中不包含近端信号，执行步骤213。
步骤207、确定线性回声消除信号包含近端信号，根据接收信号和线性回声消除信号的相关系数以及第一抑制因子得到备选非线性抑制系数。
本实施例中，通过相关系数可以确定接收信号与残留回声消除信号之间的相关性，相关系数通过接收信号的接收功率以及接收信号与线性回声消除信号之间的互功率谱确定。其中，相关系数的计算方式实施例不做限定。一个实施例中，相关系数的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000096
其中，ρ表示相关系数，0≤ρ≤1，δe(n)表示线性回声消除信号的消除功率，δy(n)表示接收信号的接收功率，δey(n)表示接收信号和线性回声消除信号之间的互功率谱，δey(n)＝λδey(n-1)+(1-λ)|e*(n)y(n)|，λ表示遗忘因子，y(n)表示接收信号，e(n)表示线性回声消除信号，e*(n)表示e(n)的共轭。可以理解，上述计算得到的相关系数越接近于1，接收功率和消除功率之间的相关性越大。
其中，抑制因子用于决定残留回声信号的抑制程度，抑制因子越大，残留回声信号被抑制的越多，反之，残留回声信号被抑制的越少。实施例中，当线性回声消除信号包含近端信号时，对应的抑制因子记为第一抑制因子。通过第一抑制因子和相关系数便可以得到非线性抑制系数，实施例中，将该非线性抑制系数记为备选非线性抑制系数，同时将对线性回声消除信号进行滤波的非线性抑制系数记为第一非线性抑制系数，其中，备选非线性抑制系数为第一非线性抑制系数的备选项。备选非线性抑制系数的表达式为ρβ，其中，β为第一抑制因子。
步骤208、确定线性回声消除信号中残留回声信号的残留功率。
具体的，残留功率的表达式为δr(n)＝λδr(n-1)+(1-λ)|e(n)|2，其中，δr(n)表示残留功率，计算残留功率使用的遗忘因子与前述计算接收功率和消除功率时使用的遗忘因子的数值可以相同或不同。残留功率是当线性回声消除信号中不包含近端信号时，对其中包含的残留回声信号进行估计后得到的残留功率。当线性回声消除信号中包含近端信号时，通过残留功率可以估计出线性回声消除信号中残留回声信号的水平。
步骤209、根据残留功率、线性回声消除信号和备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件。若达到过量抑制条件，则执行步骤210。若未达到过量抑制条件，则执行步骤211。
由于备选非线性抑制系数考虑了接收功率和消除功率之间的相关性，因此，通过备选非线性抑制系数便可以对线性回声消除信号中与接收信号相关的部分进行滤除。由于线性回声消除信号中还保留了近端信号，所以，若备选非线性抑制系数较大，对线性回声消除信号进行抑制时，被滤除的信号较多，可能出现过量抑制的情况，进而出现近端信号被吞音的现象。因此，为了防止吞音现象，需要对备选非线性抑制系数进行验证。一个实施例中，通过设定过量抑制条件对备选非线性抑制系数进行验证。其中，可以先使用备选非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波，并通过比较被滤除的信号功率与残留功率的方式，确定是否达到过量抑制条件。一个实施例中，本步骤可以包括步骤2091-步骤2094:
步骤2091、根据线性回声消除信号和备选非线性抑制系数计算第一参量，第一参量等于|(1-ρβ)e(n)|2，其中，ρβ表示备选非线性抑制系数，ρ表示接收信号和线性回声消除信号的相关系数，β表示第一抑制因子，e(n)表示线性回声消除信号。
具体的，第一参量用于体现线性回声消除信号中被滤除的信号的功率特性。采用ρβ对e(n)进行滤波时，保留的信号为ρβe(n)，此时，被滤除的信号为e(n)-ρβe(n)＝(1-ρβ)e(n)，进而得到被滤波信号的功率特征为|(1-ρβ)e(n)|2(即第一参量)。可以理解，第一参量并非完全等于被滤除的信号的功率(若遗忘因子为0，第一参量可以等于被滤波信号的功率)，但是，第一参量可以体现被滤除信号的功率特性，即第一参量与被滤除信号的功率相关，且计算方式简单，因此，可以直接使用第一参量对过量抑制条件进行判定。
步骤2092、根据残留功率计算第二参量，第二参量等于κδr(n)，其中，κ表示缩放因子，δr(n)表示残留功率。
由于第一参量并非是被滤除信号的功率，因此，为了使残留功率与第一参数相适应，需要对残留功率进行缩放。一个实施例中，缩放因子用κ表示，其具体值可以根据第一参量设定。通过缩放因子对残留功率进行缩放后得到的功率记为第二参量，即第二参量为κδr(n)。
步骤2093、比较第一参量和第二参量。
步骤2094、若第一参量大于第二参量，则确定达到过量抑制条件。若第一参量小于或等于第二参量，则确定未达到过量抑制条件。
由于第一参量与被滤除信号的功率有关，第二参量与残留功率有关，所以通过比较第一参量和第二参量便可以确定是否达到过量抑制条件。其中，当第一参量大于第二参量时，说明被滤除信号中还包含线性回声消除信号中的有效的信号(即近端信号)，这样会产生过量抑制的情况，此时，可以认为是达到过量抑制条件，之后，执行步骤210。当第一参量小于或等于第二参量时，说明被滤除信号中不包含近端信号，之后，执行步骤211。
步骤210、根据残留功率和接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数。执行步骤212。
由于当前使用备选非线性抑制系数会出现过量抑制的情况，因此，需要计算一个小于备选非线性抑制系数的第一非线性抑制系数。一个实施例中，通过残留功率和接收功率计算第一非线性抑制系数，即第一非线性抑制系数考虑残留回声信号在线性回声消除信号中的水平，无需考虑线性回声消除信号中近端信号，以防止吞音现象。
一个实施例中，本步骤具体为：确定残留功率和接收信号的接收功率的功率和值，并将接收功率与功率和值的比值作为第一非线性抑制系数。
即第n时刻的第一非线性抑制系数为：
Figure BDA0002322664280000121
步骤211、将备选非线性抑制系数作为第一非线性抑制系数。执行步骤212。
当前采用备选非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波时，不会出现过量抑制的情况，因此，可以直接将备选非线性抑制系数作为第一非线性抑制系数。
步骤212、根据第一非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波，以抑制线性回声消除信号中的残留回声信号。
一个实施例中，根据第一非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波后得到的输出信号为：
Figure BDA0002322664280000122
其中，enlp(n)表示为输出信号。
步骤213、确定线性回声消除信号不包含近端信号，生成第二非线性抑制系数。
具体的，当功率包络差值大于或等于差值阈值时，说明线性回声消除信号不包含近端信号，此时，可以生成对应的非线性抑制系数，以对不包含近端信号的线性回声消除系数进行滤波。可以理解，功率包络差值大于或等于差值阈值时，确定线性回声消除信号不包含近端信号的过程可以认为是根据功率包络差值确定线性回声消除信号不包含近端信号的过程。
典型的，将针对不包含近端信号的线性回声消除信号进行滤波的非线性抑制系数记为第二非线性抑制系数。一个实施例中，本步骤具体包括：根据接收信号和线性回声消除信号的相关系数以及第二抑制因子得到第二非线性抑制系数。
当线性回声消除信号不包含近端信号时，对应的抑制因子记为第二抑制因子。通过第二抑制因子和相关系数可以得到第二非线性抑制系数，其中，相关系数与备选非线性抑制系数的计算过程使用的相关系数为同一相关系数。此时，第二非线性抑制系数的表达式为：ρα。其中，α为第二抑制因子，且α＞β。需要说明，由于线性回声消除信号仅包含残留回声信号，后续滤波过程中，仅需考虑滤除残留回声信号。因此，第二抑制因子的数值大于第一抑制因子的数值，以对线性回声消除信号进行幅度更大的滤波。可以理解，第二非线性抑制系数与备选非线性抑制系数的滤波原理相同，在此不做赘述。
步骤214、根据第二非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波，以抑制线性回声消除信号中的残留回声信号。
该步骤与使用第一非线性抑制系数进行滤波的方式相同，在此不做赘述。此时，根据第二非线性抑制系数对线性回声消除信号进行滤波后得到的输出信号为：enlp(n)＝e(n)*ρα，其中，enlp(n)表示为输出信号。
上述，通过对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号，之后，计算接收信号和线性回声消除信号之间的功率包络差值，并通过功率包络差值检测线性回声消除信号中是否包含近端信号，进而采用不同的抑制策略，可以在线性回声消除信号包含近端信号时，防止产生吞音现象，并且，采用功率包络差值判断线性回声消除信号是否包含近端信号的准确性高，且可以有效降低噪声环境的干扰，保证近端信号检测结果的连续性。同时，在线性回声消除信号包含近端信号时，通过估计残留回声信号的残留功率，可以有效避免近端信号被消除，保证近端信号的完整性。
图3为本申请一个实施例提供的一种回声抑制装置的结构示意图。参考图3，该回声抑制装置包括：第一消除模块301、差值计算模块302、系数生成模块303以及第二消除模块304。
其中，第一消除模块301，用于对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；差值计算模块302，用于计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；系数生成模块303，用于根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；第二消除模块304，用于根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
上述，通过对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号，之后，计算接收信号和线性回声消除信号之间的功率包络差值，并根据功率包络差值确定线性回声消除信号中包含近端信号时，生成对应的第一非线性抑制系数，通过第一非线性抑制系数抑制线性回声消除信号中的残留回声信号的技术手段，通过在接收信号包含近端信号时，采用相应的抑制策略，即生成对应的第一非线性抑制系数，可以解决现有技术中，对包含近端信号的接收信号进行回声抑制时产生吞音现象的技术问题。并且，相比于现有的通过接收信号能量或相关系数判断线性回声消除信号是否包含近端信号的方式，通过功率包络差值判断线性回声消除信号是否包含近端信号的判断结果更加准确，且可以保证近端信号检测结果的连续性。
在上述实施例的基础上，系数生成模块303包括：差值比较单元，用于确定所述功率包络差值是否小于差值阈值；近端信号确定单元，用于若小于所述差值阈值，则确定所述线性回声消除信号包含近端信号；备选系数确定单元，用于根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第一抑制因子得到备选非线性抑制系数；残留功率确定单元，用于确定所述线性回声消除信号中残留回声信号的残留功率；条件判断单元，用于根据所述残留功率、所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件；第一系数第一确定单元，用于若达到过量抑制条件，则根据所述残留功率和所述接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数；第二系数第二确定单元，用于若未达到过量抑制条件，则将所述备选非线性抑制系数作为第一非线性抑制系数。
在上述实施例的基础上，条件判断单元包括：第一参量计算子单元，用于根据所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数计算第一参量，所述第一参量等于|(1-ρβ)e(n)|2，其中，ρβ表示备选非线性抑制系数，ρ表示所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数，β表示第一抑制因子，e(n)表示线性回声消除信号；第二参量计算子单元，用于根据所述残留功率计算第二参量，所述第二参量等于κδr(n)，其中，κ表示缩放因子，δr(n)表示残留功率；参量比较子单元，用于比较所述第一参量和所述第二参量；第一确定子单元，用于若所述第一参量大于所述第二参量，则确定达到过量抑制条件；第二确定子单元，用于若所述第一参量小于或等于所述第二参量，则确定未达到所述过量抑制条件。
在上述实施例的基础上，第一系数第一确定单元具体用于：若达到过量抑制条件，则确定所述残留功率和所述接收信号的接收功率的功率和值，并将所述接收功率与所述功率和值的比值作为第一非线性抑制系数。
在上述实施例的基础上，还包括：系数计算模块，用于根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号不包含近端信号，生成第二非线性抑制系数；第三消除模块，用于根据所述第二非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
在上述实施例的基础上，系数计算模块具体用于：根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第二抑制因子得到第二非线性抑制系数。
在上述实施例的基础上，所述相关系数的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000151
其中，ρ表示相关系数，0≤ρ≤1，δe(n)表示线性回声消除信号的消除功率，δy(n)表示接收信号的接收功率，δey(n)＝λδey(n-1)+(1-λ)|e*(n)y(n)|，λ表示遗忘因子，y(n)表示接收信号，e(n)表示线性回声消除信号，e*(n)表示e(n)的共轭。
在上述实施例的基础上，差值计算模块302包括：功率确定单元，用于确定所述接收信号的接收功率以及所述线性回声消除信号的消除功率；包络计算单元，用于将所述接收功率与低通滤波系数做卷积，以得到所述接收功率的接收功率包络，将所述消除功率与所述低通滤波系数做卷积，以得到所述消除功率的消除功率包络；包络差值计算单元，用于计算所述接收功率包络和所述消除功率包络之间的功率包络差值。
在上述实施例的基础上，所述功率包络差值的计算公式为：
Figure BDA0002322664280000152
其中，δd表示功率包络差值，
Figure BDA0002322664280000153
表示接收功率包络，
Figure BDA0002322664280000154
表示消除功率包络。
在上述实施例的基础上，第一消除模块301包括：信号获取单元，用于获取参考信号以及音频接收装置采集的接收信号；线性滤波单元，用于根据所述参考信号和线性回声消除滤波系数对所述接收信号进行线性滤波，以得到线性回声消除信号。
本申请实施例提供的回声抑制装置包含在回声抑制设备中，且可用于执行上述任意实施例提供的回声抑制方法，具备相应的功能和有益效果。
值得注意的是，上述回声抑制装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。
图4为本申请一个实施例提供的一种回声抑制设备的结构示意图。如图4所示，该回声抑制设备包括处理器40、存储器41、输入装置42、输出装置43、音频播放装置44和音频接收装置45；回声抑制设备中处理器40的数量可以是一个或多个，图4中以一个处理器40为例；回声抑制设备中的处理器40、存储器41、输入装置42、输出装置43、音频播放装置44和音频接收装置45可以通过总线或其他方式连接，图4中以通过总线连接为例。
存储器41作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的回声抑制方法对应的程序指令/模块(例如，回声抑制装置中的第一消除模块301、差值计算模块302、系数生成模块303和第二消除模块304)。处理器40通过运行存储在存储器41中的软件程序、指令以及模块，从而执行回声抑制设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述的回声抑制方法。
存储器41可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据回声抑制设备的使用所创建的数据等。此外，存储器41可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器41可进一步包括相对于处理器40远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至回声抑制设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
输入装置42可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与回声抑制设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置43可包括显示屏等显示设备。音频播放装置44可以包括扬声器等，用于播放参考信号。音频接收装置45可以包括麦克风等，用于采集接收信号。
上述回声抑制设备可以用于执行上述任意实施例提供的回声抑制方法，具备相应的功能和有益效果。
本申请实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种回声抑制方法，该方法包括：
对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；
计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；
根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；
根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
当然,本申请实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质,其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作,还可以执行本申请任意实施例所提供的回声抑制方法中的相关操作。
通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本申请可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (13)

1.一种回声抑制方法，其特征在于，包括：
对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；
计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；
根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；
根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号；
根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号不包含近端信号，生成第二非线性抑制系数；
根据所述第二非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
2.根据权利要求1所述的回声抑制方法，其特征在于，所述根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号包括：
确定所述功率包络差值是否小于差值阈值；
若小于所述差值阈值，则确定所述线性回声消除信号包含近端信号。
3.根据权利要求1所述的回声抑制方法，其特征在于，所述生成第一非线性抑制系数包括：
根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第一抑制因子得到备选非线性抑制系数；
确定所述线性回声消除信号中残留回声信号的残留功率；
根据所述残留功率、所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件；
若达到过量抑制条件，则根据所述残留功率和所述接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数；
若未达到过量抑制条件，则将所述备选非线性抑制系数作为第一非线性抑制系数。
4.根据权利要求3所述的回声抑制方法，其特征在于，所述根据所述残留功率、所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数确定是否达到过量抑制条件包括：
根据所述线性回声消除信号和所述备选非线性抑制系数计算第一参量，所述第一参量等于|(1-ρβ)e(n)|2，其中，ρβ表示备选非线性抑制系数，ρ表示所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数，β表示第一抑制因子，e(n)表示线性回声消除信号；
根据所述残留功率计算第二参量，所述第二参量等于κδr(n)，其中，κ表示缩放因子，δr(n)表示残留功率；
比较所述第一参量和所述第二参量；
若所述第一参量大于所述第二参量，则确定达到过量抑制条件；
若所述第一参量小于或等于所述第二参量，则确定未达到所述过量抑制条件。
5.根据权利要求3所述的回声抑制方法，其特征在于，所述根据所述残留功率和所述接收信号的接收功率计算第一非线性抑制系数包括：
确定所述残留功率和所述接收信号的接收功率的功率和值，并将所述接收功率与所述功率和值的比值作为第一非线性抑制系数。
6.根据权利要求1所述的回声抑制方法，其特征在于，所述生成第二非线性抑制系数包括：
根据所述接收信号和所述线性回声消除信号的相关系数以及第二抑制因子得到第二非线性抑制系数。
7.根据权利要求3或6所述的回声抑制方法，其特征在于，所述相关系数的计算公式为：
Figure FDA0003581941540000021
其中，ρ表示相关系数，0≤ρ≤1，δe(n)表示线性回声消除信号的消除功率，δy(n)表示接收信号的接收功率，δey(n)＝λδey(n-1)+(1-λ)|e*(n)y(n)|，λ表示遗忘因子，y(n)表示接收信号，e(n)表示线性回声消除信号，e*(n)表示e(n)的共轭。
8.根据权利要求1所述的回声抑制方法，其特征在于，所述计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值包括：
确定所述接收信号的接收功率以及所述线性回声消除信号的消除功率；
将所述接收功率与低通滤波系数做卷积，以得到所述接收功率的接收功率包络，将所述消除功率与所述低通滤波系数做卷积，以得到所述消除功率的消除功率包络；
计算所述接收功率包络和所述消除功率包络之间的功率包络差值。
9.根据权利要求8所述的回声抑制方法，其特征在于，所述功率包络差值的计算公式为：
Figure FDA0003581941540000031
其中，δd表示功率包络差值，
Figure FDA0003581941540000032
表示接收功率包络，
Figure FDA0003581941540000033
表示消除功率包络。
10.根据权利要求1所述的回声抑制方法，其特征在于，所述对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号包括：
获取参考信号以及音频接收装置采集的接收信号；
根据所述参考信号和线性回声消除滤波系数对所述接收信号进行线性滤波，以得到线性回声消除信号。
11.一种回声抑制装置，其特征在于，包括：
第一消除模块，用于对音频接收装置采集的接收信号进行线性回声消除，得到线性回声消除信号；
差值计算模块，用于计算所述接收信号和所述线性回声消除信号之间的功率包络差值；
系数生成模块，用于根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号包含近端信号，生成第一非线性抑制系数；
第二消除模块，用于根据所述第一非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号；
系数计算模块，用于根据所述功率包络差值确定所述线性回声消除信号不包含近端信号，生成第二非线性抑制系数；
第三消除模块，用于根据所述第二非线性抑制系数对所述线性回声消除信号进行滤波，以抑制所述线性回声消除信号中的残留回声信号。
12.一种回声抑制设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-10中任一所述的回声抑制方法。
13.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-10中任一所述的回声抑制方法。
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