CN111341338A - 消除回声的方法、装置和计算机设备 - Google Patents

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CN111341338A CN202010422900.0A CN202010422900A CN111341338A CN 111341338 A CN111341338 A CN 111341338A CN 202010422900 A CN202010422900 A CN 202010422900A CN 111341338 A CN111341338 A CN 111341338A
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Abstract

本申请揭示了消除回声的方法，包括：获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；将指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；根据卷积结果，利用自适应滤波器对指定麦克风的采集信号进行回声消除。在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置得尽量小，可加速回声消除过程中的收敛速度。

Description

消除回声的方法、装置和计算机设备
技术领域
本申请涉及到声学设备领域，特别是涉及到消除回声的方法、装置和计算机设备。
背景技术
同时具有播放、采集功能的声学设备日益广泛，例如智能音箱，语音交互机器人等。但是上述声学设备易采集到自身播放的声音信号形成回声，污染目标信号。现有采用固定阶数的自适应滤波器，通过回声消除算法去除掉自身播放的声音信号。但较大的固定阶数的设置对不同混响环境的适应性很差，不能满足在各种混响环境中都能表现出良好的回声消除效果的要求。
发明内容
本申请的主要目的为提供消除回声的方法，旨在解决现有不能满足在各种混响环境中都能表现出良好的回声消除效果的技术问题。
本申请提出一种消除回声的方法，包括：
获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
优选地，所述获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号的步骤之前，包括：
控制所述指定喇叭播放激励信号；
获取所述指定麦克风接收所述激励信号形成的录音信号；
根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数。
优选地，所述激励信号包括指数扫频信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤，包括：
对所述激励信号和所述录音信号进行快速傅里叶变换，分别对应得到第一频域信号和第二频域信号;
将所述第二频域信号除以所述第一频域信号，得到商值信号
Figure 114278DEST_PATH_IMAGE001
，其中，
Figure 68022DEST_PATH_IMAGE002
表示所述第二频域信号，
Figure 435549DEST_PATH_IMAGE003
表示所述第一频域信号，
Figure 349279DEST_PATH_IMAGE004
代表频率索引，
Figure 686719DEST_PATH_IMAGE005
；
对所述商值信号
Figure 267873DEST_PATH_IMAGE006
进行逆快速傅里叶变换计算，得到所述回声通道冲激响应函数。
优选地，所述激励信号包括最大长度序列信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤，包括：
对所述激励信号和所述录音信号求互相关函数，得到所述回声通道冲激响应函数
Figure 39258DEST_PATH_IMAGE007
，其中，
Figure 440283DEST_PATH_IMAGE008
,
Figure 191201DEST_PATH_IMAGE009
表示所述激励信号，
Figure 626862DEST_PATH_IMAGE010
表示所述录音信号，Tm表示所述回声通道冲激响应的信号长度。
优选地，所述得到所述回声通道冲激响应函数的步骤之后，包括：
获取预先设定的修正阈值；
删除所述回声通道冲激响应函数中稳定于指定范围后，小于或等于所述修正阈值的部分，得到修正后的回声通道冲激响应函数；
将所述修正后的回声通道冲激响应函数，作为所述预测得的回声通道冲激响应函数。
优选地，所述将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果的步骤，包括：
获取初始化的参考信号缓存器b,
Figure 569148DEST_PATH_IMAGE011
，其中，
Figure 457470DEST_PATH_IMAGE013
，T为回声通道冲激响应函数的长度；
按照参考信号，对所述参考信号缓存器b进行赋值：
Figure 277658DEST_PATH_IMAGE014
，其中，
Figure 567825DEST_PATH_IMAGE015
,
Figure 307111DEST_PATH_IMAGE016
为信号帧长；
将赋值后的所述参考信号缓存器b与所述回声通道冲激响应函数，通过
Figure 915685DEST_PATH_IMAGE017
卷积运算，得到卷积结果
Figure 273985DEST_PATH_IMAGE018
。
优选地，所述自适应滤波器选用频域NLMS，所述根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除的步骤，包括：
对所述卷积结果
Figure 684237DEST_PATH_IMAGE019
和所述指定麦克风的采集信号x(n)进行短时傅里叶变换，分别对应得到频域信号
Figure 204212DEST_PATH_IMAGE020
和,其中，
Figure 571520DEST_PATH_IMAGE021
是帧索引，
Figure 467932DEST_PATH_IMAGE022
是频率索引，且
Figure 732691DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 954725DEST_PATH_IMAGE024
是FFT变换的点数;
根据
Figure 803470DEST_PATH_IMAGE025
对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除，其中，
Figure 362627DEST_PATH_IMAGE026
为所述指定麦克风的采集信号进行回声消除后的信号，
Figure 481893DEST_PATH_IMAGE027
是
Figure 874828DEST_PATH_IMAGE028
的历史缓存值，
Figure 446755DEST_PATH_IMAGE029
，ORD是频域NLMS的阶数，
Figure 183505DEST_PATH_IMAGE030
为滤波器系数，
Figure 157277DEST_PATH_IMAGE031
，
Figure 455534DEST_PATH_IMAGE032
是步长调节因子，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
表示求共轭。
本申请还提供了一种消除回声的装置，包括：
第一获取模块，用于获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
运算模块，用于将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
消除模块，用于根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
本申请还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
本申请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，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
本申请在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置得尽量小，可加速回声消除过程中的收敛速度，减少收敛过程中对目标信号的污染。
附图说明
图1 本申请一实施例的消除回声的方法流程示意图；
图2 本申请一实施例的麦克风阵列中各预设波束方向分布结构示意图；
图3 本申请一实施例的唤醒装置结构示意图；
图4 本申请一实施例的计算机设备内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
参照图1，本申请一实施例的消除回声的方法，包括：
S1：获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
S2：将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
S3：根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
本申请的声学设备自带播放激励信号的喇叭，经过声学设备所处房间空间的冲激响应后，再被该声学设备上的麦克风接收。测试环境下通过播放的激励信号、麦克风接收到激励信号形成的对应录音信号，可进行回声通道辨识，修正参考信号并进行回声消除。上述环境的混响通过回声通道冲激响应函数表示，通过回声通道冲激响应函数与喇叭播放的参考信号进行卷积运算，实时修正参考信号，并通过自适应滤波算法，从麦克风采集的采集信号中消除掉修正后的参考信号，实现回声消除。上述卷积结果即为修正后的参考信号。本申请在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置尽量小的阶数，可加速回声消除过程中的收敛速度，减少收敛过程中对目标信号的污染。
进一步地，所述获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号的步骤S1之前，包括：
S11：控制所述指定喇叭播放激励信号；
S12：获取所述指定麦克风接收所述激励信号形成的录音信号；
S13：根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数。
本申请的声学设备中麦克风个数不限，可以是单麦设备，也可以是多麦设备，以声学设备的喇叭的数量为一个，详细说明进行回声通道辨识，得到回声通道冲激响应函数的过程。上述回声通道为“喇叭
Figure 577074DEST_PATH_IMAGE034
房间空间
Figure 117514DEST_PATH_IMAGE034
麦克风”的通道，多个麦克风则存在多个通道，每个通道的回声消除过程是独立的，互不干扰。本申请在不超过最大声压级且不对用户产生太大不适感的情况下，喇叭播放激励信号的音量可以尽量大一些，降低测试误差，提高测试精准度。且在多麦产品中，对激励信号录音的麦克风应该选择用于回声消除的麦克风。本申请其他实施例中，声学设备存在多个喇叭，则根据指定喇叭对应的参考信号进行针对性的修正，即多个喇叭不能同时发出激励信号，以免相互干扰，每个喇叭有其对应的参考信号，通过间隔时间控制其中一个指定喇叭发出参考信号，并根据指定麦克风接收到该指定喇叭发出参考信号的录音信号，形成“指定喇叭
Figure 211372DEST_PATH_IMAGE034
房间空间
Figure 680531DEST_PATH_IMAGE034
指定麦克风”的通道中的回声通道冲激响应函数。有几个指定喇叭则存在与指定喇叭数量相同的回声通道冲激响应函数，并根据各回声通道冲激响应函数分别与其相对应的参考信号进行卷积计算。
进一步地，所述激励信号包括指数扫频信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤S13，包括：
S131：对所述激励信号和所述录音信号进行快速傅里叶变换，分别对应得到第一频域信号和第二频域信号;
S132：将所述第二频域信号除以所述第一频域信号，得到商值信号
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，其中，
Figure 493346DEST_PATH_IMAGE036
表示所述第二频域信号，
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
表示所述第一频域信号，
Figure 948730DEST_PATH_IMAGE022
代表频率索引，
Figure 756149DEST_PATH_IMAGE040
；
S133：对所述商值信号
Figure 160323DEST_PATH_IMAGE041
进行逆快速傅里叶变换计算，得到所述回声通道冲激响应函数。
本申请实施例中，指定喇叭播放的激励信号为指数扫频信号，指数扫频信号的频率随时间增加而呈指数增长。具有适度背景噪声的情况下，指数扫频信号持续时间为最大混响时间的两倍，同时激励信号结束后，记录响应信号的安静测量时间，应等于期望的最大混响时间。上述最大混响时间可以根据该设备的一般使用场景，利用赛宾公式或者伊林公式来估计，不赘述。本申请实施例中回声通道冲激响应函数
Figure 194138DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 312267DEST_PATH_IMAGE044
，T为回声通道冲激响应的信号长度。
进一步地，所述激励信号包括最大长度序列信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤S13，包括：
S134：对所述激励信号和所述录音信号求互相关函数，得到所述回声通道冲激响应函数
Figure 115138DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure 690213DEST_PATH_IMAGE046
,
Figure 945745DEST_PATH_IMAGE047
表示所述激励信号，
Figure 133144DEST_PATH_IMAGE048
表示所述录音信号，Tm表示所述回声通道冲激响应的信号长度。
本申请实施例中，激励信号为最大长度序列信号，该信号只有两种数值，例如16bit的数据类型，两种数值是
Figure 56101DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 162597DEST_PATH_IMAGE050
，并以
Figure 669539DEST_PATH_IMAGE051
为采样频率，每次在这两个数值中随机取值。最大长度序列信号的信号长度，同样可以根据估计的最大混响时间来设置。对激励信号s和麦克风接收信号x0求互相关函数，即可得到回声通道冲激响应函数。本申请对于最大长度序列信号类型的激励信号，通过求互相关函数，得到回声通道冲激响应函数，可在大幅减少计算量的同时，提升回声消除效果。本申请其他实施例中，对于最大长度序列信号类型的激励信号，也可采用上述指数扫频信号对应的处理过程，形成回声通道冲激响应函数，但计算量较大。
进一步地，所述得到所述回声通道冲激响应函数的步骤S133或S134之后，包括：
S1301：获取预先设定的修正阈值；
S1302：删除所述回声通道冲激响应函数中稳定于指定范围后，小于或等于所述修正阈值的部分，得到修正后的回声通道冲激响应函数；
S1303：将所述修正后的回声通道冲激响应函数，作为所述预测得的回声通道冲激响应函数。
本申请中，通过对回声通道冲激响应函数
Figure 660629DEST_PATH_IMAGE052
，进行数据修正，删除对卷积效果影响甚微，但较大程度影响计算进程的部分数据，以进行删除修正，降低卷积计算量。上述修正阈值为综合多次实验数据得到的经验值，对卷积结果的影响误差在5%以内的
Figure 172513DEST_PATH_IMAGE053
函数值进行修正，上述函数值稳定于一定范围内后，跟随震荡衰减逐渐变小，通过删除衰减后接近零的部分数据，减少卷积计算量。本申请修正后的回声通道冲激响应函数的图像如图2所示。
进一步地，所述将所述指定喇叭对应的参考信号，与预测得的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果的步骤S2，包括：
S21：获取初始化的参考信号缓存器b,
Figure 590856DEST_PATH_IMAGE054
，其中，
Figure 59795DEST_PATH_IMAGE055
，T为回声通道冲激响应函数的长度；
S22：按照参考信号
Figure 588997DEST_PATH_IMAGE057
，对所述参考信号缓存器b进行赋值：
Figure DEST_PATH_IMAGE058
，其中，
Figure 17704DEST_PATH_IMAGE060
,
Figure 606948DEST_PATH_IMAGE061
为信号帧长；
S23：将赋值后的所述参考信号缓存器b与所述回声通道冲激响应函数，通过
Figure DEST_PATH_IMAGE062
卷积运算，得到卷积结果
Figure 760587DEST_PATH_IMAGE063
。
本申请的参考信号为指定喇叭在一定时长内持续播放的信号，为获取实时的参考信号，本申请通过缓存器缓存上一时刻的参考信号，并逐步更新到当前时刻对应的参考信号。一帧参考信号输进来，则逐点存入缓存器中，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE064
，即
Figure DEST_PATH_IMAGE066
。然后通过实时参考信号与回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果
Figure 936222DEST_PATH_IMAGE067
。
进一步地，所述自适应滤波器选用频域NLMS，所述根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除的步骤S3，包括：
S31：对所述卷积结果
Figure DEST_PATH_IMAGE068
和所述指定麦克风的采集信号x(n)进行短时傅里叶变换，分别对应得到频域信号
Figure 953857DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure DEST_PATH_IMAGE070
,其中，
Figure 917265DEST_PATH_IMAGE071
是帧索引，
Figure 620516DEST_PATH_IMAGE072
是频率索引，且
Figure DEST_PATH_IMAGE073
，
Figure 163624DEST_PATH_IMAGE074
是FFT变换的点数;
S32：根据
Figure 504607DEST_PATH_IMAGE075
对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除，其中，
Figure 193909DEST_PATH_IMAGE076
为所述指定麦克风的采集信号进行回声消除后的信号，
Figure 479397DEST_PATH_IMAGE077
是
Figure 419671DEST_PATH_IMAGE078
的历史缓存值，
Figure 880739DEST_PATH_IMAGE079
，ORD是频域NLMS的阶数，
Figure 717108DEST_PATH_IMAGE080
为滤波器系数，
Figure 394952DEST_PATH_IMAGE081
，
Figure 607759DEST_PATH_IMAGE082
是步长调节因子，
Figure 923333DEST_PATH_IMAGE083
表示求共轭。
本申请的利用自适应滤波器进行回声消除时，可以在时域中进行也可在频域中进行。本申请以频域NLMS来做回声消除为例，具体说明消除回声的过程。本申请其他实施例中可选用LMS或者RLS等进行回声消除。本申请消除回声时，自适应滤波器的阶数可根据预先测量到的回声通道函数，设置较小的阶数，比如阶数可设定为个位数，以加速回声消除过程的收敛速度，最大幅度减少对目标信号的污染。本申请的回声消除，适用于相对固定安放的声学设备且混响环境不固定的情况。比如在铺设地毯及墙布的卧室中，混响较小；在布置四面钢化玻璃的会议室中，混响较大，通过首先进行回声通道的辨识，得到回声通道的回声通道冲激响应函数，进而通过赋值的参考信号缓存器与回声通道冲激响应函数的进行卷积计算，以适应多种混响的环境，增强声学设备对混响环境的适应性。本申请的消除回声的过程为线性消除过程，为进一步提高消除回声的效果，本申请增加了非线性的后处理过程，以进一步消除通过NLMS、LMS或者RLS等进行回声消除后残留的回声残余。以维纳滤波器消除回声残余为例：
Figure 461762DEST_PATH_IMAGE084
，
Figure 361323DEST_PATH_IMAGE085
表示消除回声残余后的目标信号。上述消除回声的过程在频域中进行，若需要转换成时域信号，则通过对
Figure 377820DEST_PATH_IMAGE086
做逆傅里叶变换，得到回声消除后的目标信号的时域信号
Figure 672535DEST_PATH_IMAGE087
。本申请其他实施例中，回声消除也可直接在时域中进行，过程相类似，不赘述。
参照图3，本申请一实施例的消除回声的装置，包括：
第一获取模块1，用于获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
运算模块2，用于将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
消除模块3，用于根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
本申请的声学设备自带播放激励信号的喇叭，经过声学设备所处房间空间的冲激响应后，再被该声学设备上的麦克风接收。测试环境下通过播放的激励信号、麦克风接收到激励信号形成的对应录音信号，可进行回声通道辨识，修正参考信号并进行回声消除。上述环境的混响通过回声通道冲激响应函数表示，通过回声通道冲激响应函数与喇叭播放的参考信号进行卷积运算，实时修正参考信号，并通过自适应滤波算法，从麦克风采集的采集信号中消除掉修正后的参考信号，实现回声消除。上述卷积结果即为修正后的参考信号。本申请在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置尽量小的阶数，可加速回声消除过程中的收敛速度，减少收敛过程中对目标信号的污染。
进一步地，消除回声的装置包括：
控制模块，用于控制所述指定喇叭播放激励信号；
第二获取模块，用于获取所述指定麦克风接收所述激励信号形成的录音信号；
得到模块，用于根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数。
本申请的声学设备中麦克风个数不限，可以是单麦设备，也可以是多麦设备，以声学设备的喇叭的数量为一个，进行详细说明进行回声通道辨识，得到回声通道冲激响应函数的过程。上述回声通道为“喇叭
Figure 116286DEST_PATH_IMAGE034
房间空间
Figure 4608DEST_PATH_IMAGE034
麦克风”的通道，多个麦克风则存在多个通道，每个通道的回声消除过程是独立的，互不干扰。本申请在不超过最大声压级且不对用户产生太大不适感的情况下，喇叭播放激励信号的音量可以尽量大一些，降低测试误差，提高测试精准度。且在多麦产品中，对激励信号录音的麦克风应该选择用于回声消除的麦克风。本申请其他实施例中，声学设备存在多个喇叭，则根据指定喇叭对应的参考信号进行针对性的修正，即多个喇叭不能同时发出激励信号，以免相互干扰，每个喇叭有其对应的参考信号，通过间隔时间控制其中一个指定喇叭发出参考信号，并根据指定麦克风接收到该指定喇叭发出参考信号的录音信号，形成“指定喇叭
Figure 323331DEST_PATH_IMAGE034
房间空间
Figure 613498DEST_PATH_IMAGE034
指定麦克风”的通道中的回声通道冲激响应函数。有几个指定喇叭则存在与指定喇叭数量相同的回声通道冲激响应函数，并根据各回声通道冲激响应函数分别与其相对应的参考信号进行卷积计算。
进一步地，所述激励信号包括指数扫频信号，得到模块，包括：
第一计算单元，用于对所述激励信号和所述录音信号进行快速傅里叶变换，分别对应得到第一频域信号和第二频域信号;
除以单元，用于将所述第二频域信号除以所述第一频域信号，得到商值信号
Figure 962571DEST_PATH_IMAGE088
，其中，
Figure 72610DEST_PATH_IMAGE090
表示所述第二频域信号，
Figure 200884DEST_PATH_IMAGE091
表示所述第一频域信号，
Figure 345557DEST_PATH_IMAGE092
代表频率索引，
Figure 396690DEST_PATH_IMAGE093
；
第二计算单元，用于对所述商值信号
Figure 118658DEST_PATH_IMAGE094
进行逆快速傅里叶变换计算，得到所述回声通道冲激响应函数。
本申请实施例中，指定喇叭播放的激励信号为指数扫频信号，指数扫频信号的频率随时间增加而呈指数增长。具有适度背景噪声的情况下，指数扫频信号持续时间为最大混响时间的两倍，同时激励信号结束后，记录响应信号的安静测量时间，应等于期望的最大混响时间。上述最大混响时间可以根据该设备的一般使用场景，利用赛宾公式或者伊林公式来估计，不赘述。本申请实施例中回声通道冲激响应函数
Figure 280649DEST_PATH_IMAGE095
，
Figure 43944DEST_PATH_IMAGE096
，T为回声通道冲激响应的信号长度。
进一步地，所述激励信号包括最大长度序列信号，得到模块，包括：
第一得到单元，用于对所述激励信号和所述录音信号求互相关函数，得到所述回声通道冲激响应函数
Figure 265978DEST_PATH_IMAGE097
，其中，
Figure 85029DEST_PATH_IMAGE099
,
Figure 785132DEST_PATH_IMAGE100
表示所述激励信号，
Figure 402933DEST_PATH_IMAGE101
表示所述录音信号，Tm表示所述回声通道冲激响应的信号长度。
本申请实施例中，激励信号为最大长度序列信号，该信号只有两种数值，例如16bit的数据类型，两种数值是
Figure 795868DEST_PATH_IMAGE102
和
Figure 367795DEST_PATH_IMAGE104
，并以
Figure 730643DEST_PATH_IMAGE106
为采样频率，每次在这两个数值中随机取值。最大长度序列信号的信号长度，同样可以根据估计的最大混响时间来设置。对激励信号s和麦克风接收信号x0求互相关函数，即可得到回声通道冲激响应函数。本申请对于最大长度序列信号类型的激励信号，通过求互相关函数，得到回声通道冲激响应函数，可在大幅减少计算量的同时，提升回声消除效果。本申请其他实施例中，对于最大长度序列信号类型的激励信号，也可采用上述指数扫频信号对应的处理过程，形成回声通道冲激响应函数，但计算量较大。
进一步地，得到模块，包括：
第一获取单元，用于获取预先设定的修正阈值；
删除单元，用于删除所述回声通道冲激响应函数中稳定于指定范围后，小于或等于所述修正阈值的部分，得到修正后的回声通道冲激响应函数；
作为单元，用于将所述修正后的回声通道冲激响应函数，作为所述预测得的回声通道冲激响应函数。
本申请中，通过对回声通道冲激响应函数
Figure 704415DEST_PATH_IMAGE107
，进行数据修正，删除对卷积效果影响甚微，但较大程度影响计算进程的部分数据，以进行删除修正，降低卷积计算量。上述修正阈值为综合多次实验数据得到的经验值，对卷积结果的影响误差在5%以内的
Figure 501207DEST_PATH_IMAGE108
函数值进行修正，上述函数值稳定于一定范围内后，跟随震荡衰减逐渐变小，通过删除衰减后接近零的部分数据，减少卷积计算量。本申请修正后的回声通道冲激响应函数的图像如图2所示。
进一步地，运算模块2，包括：
第二获取单元，用于获取初始化的参考信号缓存器b,
Figure 560430DEST_PATH_IMAGE109
，其中，
Figure 867915DEST_PATH_IMAGE110
，T为回声通道冲激响应函数的长度；
第二得到单元，用于按照参考信号
Figure 696194DEST_PATH_IMAGE112
，对所述参考信号缓存器b进行赋值：
Figure 681466DEST_PATH_IMAGE113
，其中，
Figure 227984DEST_PATH_IMAGE114
,
Figure 73581DEST_PATH_IMAGE115
为信号帧长；
运算单元，用于将赋值后的所述参考信号缓存器b与所述回声通道冲激响应函数，通过
Figure 881000DEST_PATH_IMAGE116
卷积运算，得到卷积结果
Figure 786639DEST_PATH_IMAGE118
。
本申请的参考信号为指定喇叭在一定时长内持续播放的信号，为获取实时的参考信号，本申请通过缓存器缓存上一时刻的参考信号，并逐步更新到当前时刻对应的参考信号。一帧参考信号输进来，则逐点存入缓存器中，记为
Figure 318989DEST_PATH_IMAGE119
，即
Figure 702697DEST_PATH_IMAGE120
。然后通过实时参考信号与回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果
Figure 505568DEST_PATH_IMAGE121
。
进一步地，消除模块3，包括：
变换单元，用于对所述卷积结果
Figure 582108DEST_PATH_IMAGE122
和所述指定麦克风的采集信号x(n)进行短时傅里叶变换，分别对应得到频域信号
Figure 70596DEST_PATH_IMAGE123
和
Figure 523574DEST_PATH_IMAGE124
,其中，
Figure 305586DEST_PATH_IMAGE125
是帧索引，
Figure 553027DEST_PATH_IMAGE092
是频率索引，且
Figure 295855DEST_PATH_IMAGE126
，
Figure 519901DEST_PATH_IMAGE127
是FFT变换的点数;
消除单元，用于根据
Figure 297364DEST_PATH_IMAGE128
对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除，其中，
Figure 450128DEST_PATH_IMAGE129
为所述指定麦克风的采集信号进行回声消除后的信号，
Figure 945831DEST_PATH_IMAGE130
是
Figure 68508DEST_PATH_IMAGE131
的历史缓存值，
Figure 470452DEST_PATH_IMAGE132
，ORD是频域NLMS的阶数，
Figure 59696DEST_PATH_IMAGE133
为滤波器系数，
Figure 511537DEST_PATH_IMAGE134
，
Figure 844429DEST_PATH_IMAGE135
是步长调节因子，
Figure 829441DEST_PATH_IMAGE136
表示求共轭。
本申请的利用自适应滤波器进行回声消除时，可以在时域中进行也可在频域中进行。本申请以频域NLMS来做回声消除为例，具体说明消除回声的过程。本申请其他实施例中可选用LMS或者RLS等进行回声消除。本申请消除回声时，自适应滤波器的阶数可根据预先测量到的回声通道函数，设置较小的阶数，比如阶数可设定为个位数，以加速回声消除过程的收敛速度，最大幅度减少对目标信号的污染。本申请的回声消除，适用于相对固定安放的声学设备且混响环境不固定的情况。比如在铺设地毯及墙布的卧室中，混响较小；在布置四面钢化玻璃的会议室中，混响较大，通过首先进行回声通道的辨识，得到回声通道的回声通道冲激响应函数，进而通过赋值的参考信号缓存器与回声通道冲激响应函数的进行卷积计算，以适应多种混响的环境，增强声学设备对混响环境的适应性。本申请的消除回声的过程为线性消除过程，为进一步提高消除回声的效果，本申请增加了非线性的后处理过程，以进一步消除通过NLMS、LMS或者RLS等进行回声消除后残留的回声残余。以维纳滤波器消除回声残余为例：
Figure 589586DEST_PATH_IMAGE137
，
Figure 528723DEST_PATH_IMAGE138
表示消除回声残余后的目标信号。上述消除回声的过程在频域中进行，若需要转换成时域信号，则通过对
Figure 665307DEST_PATH_IMAGE139
做逆傅里叶变换，得到回声消除后的目标信号的时域信号
Figure 130923DEST_PATH_IMAGE140
。本申请其他实施例中，回声消除也可直接在时域中进行，过程相类似，不赘述。
参照图4，本申请实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设计的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储消除回音过程需要的所有数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现消除回声的方法。
上述处理器执行上述消除回声的方法，包括：获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
上述计算机设备，在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置得尽量小，可加速回声消除过程中的收敛速度，减少收敛过程中对目标信号的污染。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现消除回声的方法，包括：获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
上述计算机可读存储介质，在消除回声前，先做回声通道辨识得到估计的回声通道冲激响应函数，然后利用该回声通道冲激响应函数来调整参考信号，增强了回声消除算法对混响环境的适应性，而且由于先利用了回声通道冲激响应函数粗调参考信号，自适应滤波器的阶数可依据粗调后的参考信号，设置得尽量小，可加速回声消除过程中的收敛速度，减少收敛过程中对目标信号的污染。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双速据率SDRAM（SSRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink）DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种消除回声的方法，其特征在于，包括：
获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
2.根据权利要求1所述的消除回声的方法，其特征在于，所述获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号的步骤之前，包括：
控制所述指定喇叭播放激励信号；
获取所述指定麦克风接收所述激励信号形成的录音信号；
根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数。
3.根据权利要求2所述的消除回声的方法，其特征在于，所述激励信号包括指数扫频信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤，包括：
对所述激励信号和所述录音信号进行快速傅里叶变换，分别对应得到第一频域信号和第二频域信号；
将所述第二频域信号除以所述第一频域信号，得到商值信号
Figure 580242DEST_PATH_IMAGE002
，其中，
Figure 310432DEST_PATH_IMAGE004
表示所述第二频域信号，
Figure 152486DEST_PATH_IMAGE006
表示所述第一频域信号，
Figure 715405DEST_PATH_IMAGE008
代表频率索引，
Figure 77247DEST_PATH_IMAGE010
；
对所述商值信号
Figure 962026DEST_PATH_IMAGE012
进行逆快速傅里叶变换计算，得到所述回声通道冲激响应函数。
4.根据权利要求2所述的消除回声的方法，其特征在于，所述激励信号包括最大长度序列信号，所述根据所述激励信号和所述录音信号，得到所述回声通道冲激响应函数的步骤，包括：
对所述激励信号和所述录音信号求互相关函数，得到所述回声通道冲激响应函数
Figure 9486DEST_PATH_IMAGE014
，其中，
Figure 270703DEST_PATH_IMAGE016
,S表示所述激励信号，
Figure 611685DEST_PATH_IMAGE018
表示所述录音信号，Tm表示所述回声通道冲激响应的信号长度。
5.根据权利要求3或4所述的消除回声的方法，其特征在于，所述得到所述回声通道冲激响应函数的步骤之后，包括：
获取预先设定的修正阈值；
删除所述回声通道冲激响应函数中稳定于指定范围后，小于或等于所述修正阈值的部分，得到修正后的回声通道冲激响应函数；
将所述修正后的回声通道冲激响应函数，作为所述预先测量的回声通道冲激响应函数。
6.根据权利要求3或4所述的消除回声的方法，其特征在于，所述将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果的步骤，包括：
获取初始化的参考信号缓存器b,
Figure 919563DEST_PATH_IMAGE020
，其中，
Figure 736210DEST_PATH_IMAGE022
，T为回声通道冲激响应函数的长度；
按照参考信号
Figure 286271DEST_PATH_IMAGE024
，对所述参考信号缓存器b进行赋值：
Figure 871973DEST_PATH_IMAGE026
，其中，
Figure 613402DEST_PATH_IMAGE028
,
Figure 917344DEST_PATH_IMAGE030
为信号帧长；
将赋值后的所述参考信号缓存器b与所述回声通道冲激响应函数，通过
Figure 5517DEST_PATH_IMAGE032
卷积运算，得到卷积结果
Figure 445726DEST_PATH_IMAGE034
。
7.根据权利要求6所述的消除回声的方法，其特征在于，所述自适应滤波器选用频域NLMS，所述根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除的步骤，包括：
对所述卷积结果
Figure 823968DEST_PATH_IMAGE034
和所述指定麦克风的采集信号x(n)进行短时傅里叶变换，分别对应得到频域信号
Figure 880785DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure DEST_PATH_IMAGE038
,其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE040
是帧索引，
Figure 146550DEST_PATH_IMAGE008
是频率索引，且
Figure DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure DEST_PATH_IMAGE044
是FFT变换的点数;
根据
Figure 847790DEST_PATH_IMAGE046
对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除，其中，
Figure 822699DEST_PATH_IMAGE048
为所述指定麦克风的采集信号进行回声消除后的信号，
Figure 353431DEST_PATH_IMAGE050
是
Figure 563833DEST_PATH_IMAGE051
的历史缓存值，
Figure 729366DEST_PATH_IMAGE053
，ORD是频域NLMS的阶数，
Figure DEST_PATH_IMAGE055
为滤波器系数，
Figure 311395DEST_PATH_IMAGE057
，
Figure DEST_PATH_IMAGE059A
是步长调节因子，
Figure 359116DEST_PATH_IMAGE061
表示求共轭。
8.一种消除回声的装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取指定麦克风的采集信号，以及指定喇叭对应的参考信号；
运算模块，用于将所述指定喇叭对应的参考信号，与预先测量的回声通道冲激响应函数进行卷积运算，得到卷积结果，其中，所述回声通道包括指定喇叭经过空间区域到达指定麦克风的通道；
消除模块，用于根据所述卷积结果，利用自适应滤波器对所述指定麦克风的采集信号进行回声消除。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述方法的步骤。
10.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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