CN111866439A - 一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法 - Google Patents

一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种优化音视频体验的会议运行方法，步骤包括：利用若干音频采集阵元采集麦克风信号；对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号。本发明提供了一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法，能够解决全双工通信时回声影响自然通话质量的问题。

Description

一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法
技术领域
本发明涉及视像通信技术领域，尤其是涉及一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法。
背景技术
视频会议，通过将声音、影像及文件资料互传，使两个或两个以上不同地方的个人或群体实现即时、互动的沟通。
在现有的视频会议系统通信场景中，由于麦克风采用全方位拾音，且麦克风与安置在电视上的扬声器距离太近，近端与远端双工同时讲话时，麦克风拾取的声信号的回声能量多于近端话者能量。回声能量在麦克风拾取的声信号中占有的比例越大，AEC需要抑制的回声等级也就越大，进而AEC需要提高自适应滤波器的精确度，而过度提高精确度导致自适应速率变慢；受各方面因素影响，此时AEC无法完全消除拾取信号中的回声能量，导致远端话者会接受到忽高忽低的拾音信号，严重影响了全双工通信的自然通话质量。另外，现有的视频会议通信设备还有待改进，设备的摄像头安装位置相对于近端话者较高，导致摄像头采集图像时会俯视拍摄，此时拍摄的图像会出现明显的变形而失真。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法，能够解决全双工通信时回声影响自然通话质量的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种优化音视频体验的会议运行方法，步骤包括：
利用若干音频采集阵元采集麦克风信号；
对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；
调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号。
作为优选方案，所述对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号，具体为：
利用n>1个音频采集阵元收集来自各方向的麦克风信号，并对不同方向的麦克风信号进行傅里叶变换后，处理成对应各音频采集阵元的窄带信号：
Figure BDA0002594456700000021
其中，s(t)表示麦克风信号；x1..n(t)表示对应1到n个音频采集阵元的窄带信号；θ表示波束与麦克风垂直方向夹角。
作为优选方案，所述调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号，具体为：
通过调整波束形成器的权重向量w＝[w1,w2,…,wn]T，以使目标方向的麦克风信号获得相长干涉，而非目标方向的麦克风信号获得相消干涉；其中，T表示转置，H表示共轭转置；
对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，最终输出增强目标方向的声音信号与抑制非目标方向的干扰信号的输出语音信号y(t)：
Figure BDA0002594456700000022
其中，
Figure BDA0002594456700000023
wH表示权重矢量；xi(t)表示各音频采集阵元的窄带信号；s(t)表示麦克风信号；a(θ)表示导向矢量。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例提供了一种优化音视频体验的会议装置，用于运行如上所述的优化音视频体验的会议运行方法，并且所述优化音视频体验的会议装置包括显示器、音频接收器、音频播放器；
所述音频接收器、所述音频播放器以所述显示器为中心分别安装于所述显示器的两侧。
作为优选方案，所述音频接收器、所述音频播放器以所述显示器为中心分别安装于所述显示器的两侧，优选为：
以所述显示器的水平中线为对称轴，所述音频接收器对称安装于所述显示器的顶部，所述扬声器对称安装于所述显示器的底部。
作为优选方案，所述音频接收器为，由若干麦克风组合排列而成的麦克风阵列。
作为优选方案，所述的优化音视频体验的会议装置，还包括摄像仪器；所述摄像仪器安装于所述显示器且处于相对于视平线以下的位置。
此外，本发明实施例提供了一种优化音视频体验的会议系统，至少包括两个相同的如上所述的优化音视频体验的会议装置，以及通信设备；
所述优化音视频体验的会议装置通过所述通信设备实现通讯连接。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法，利用多个音频采集阵元采集来自不同方向的包括回声信号的麦克风信号，对各种麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号，从而实现通过麦克风阵列进行指向性拾音，增强目标方向的声音信号与抑制非目标方向的干扰信号，进一步减小麦克风拾到的回声能量，优化双工体验。同时，改进所述优化音视频体验的会议装置的设计，使音频接收器与音频播放器的安置位置尽可能分开，减小音频接收器拾到的回声能量，可以有效提高回声消除算法对回声的抑制效果，优化双工体验。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议运行方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议运行方法的麦克风阵列信号线性模型图；
图3是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议装置的麦克风与扬声器安置位置示意图；
图4是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议装置的显示器前摄像头的安置位置示意图；
图5是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议装置采用自适应算法消除回声的原理图；
图6是本发明实施例中的一种优化音视频体验的会议系统产生声学回声的原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明提供一种示例性实施例，一种优化音视频体验的会议运行方法，步骤包括：
S101、利用若干音频采集阵元采集麦克风信号；
可以理解的是，所述音频采集阵元为声学传感器，每一由音频采集阵元组成的音频采集阵列对应设有波束形成器；
优选地，所述音频采集阵元组成麦克风阵列；
可以理解的是，相对于单个麦克风在噪声源识别、语音提前和分离等方面的不足，由于多阵元麦克风的分布位置不同，阵元麦克风接收到的语音信号会存在一定的时间差，利用这一信息不仅可以获得声信号的时域信息，还可以获得空域信息。
S102、对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；
S103、调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号。
优选地，调整各音频采集阵元的相位阵列参数，主要调节波束形成器的权重向量；
可以理解的是，波束形成后的输出语音信号为多个通道经处理后的接收信号加权之和，因此，多通道波束形成是对各个麦克风通道接收信号进行加权重因子系数调节并相加的过程。对各个阵元来说，信号在一瞬间的幅值相同，使用不同的权重矢量做加权处理，一般只处理信号的相位调制，不改变幅值。
所述对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号，具体为：
利用n>1个音频采集阵元收集来自各方向的麦克风信号，并对不同方向的麦克风信号进行傅里叶变换后，处理成对应各音频采集阵元的窄带信号：
Figure BDA0002594456700000051
其中，s(t)表示麦克风信号；x1..n(t)表示对应1到n个音频采集阵元的窄带信号；θ表示波束与麦克风垂直方向夹角。
进一步地，将上式处理成矩阵形式，如下所示：
Figure BDA0002594456700000052
其中，a(θ)为方向矢量或者导向矢量。
所述调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号，具体为：
通过调整波束形成器的权重向量w＝[w1,w2,…，wn]T，以使目标方向的麦克风信号获得相长干涉，而非目标方向的麦克风信号获得相消干涉；其中，T表示转置，H表示共轭转置；
对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，最终输出增强目标方向的声音信号与抑制非目标方向的干扰信号的输出语音信号y(t)：
Figure BDA0002594456700000061
其中，
Figure BDA0002594456700000062
wH表示权重矢量；xi(t)表示各音频采集阵元的窄带信号；s(t)表示麦克风信号；a(θ)表示导向矢量。
在本实施例中，通过音频采集阵列进行指向性拾音，有利于进一步减小回声能量，优化双工体验。
需要说明的是，宽度波束形成主要分为时域方法和频域方法，时域方法是对每个支路进行合适的延时，对各阵元上接收信号的时间进行补偿，使信号到达基阵时可以等效为是同一波面同时到达各阵元；频域方法是首先将宽带信号在频域分解为若干个子带，对子带信号进行窄带波束形成后，通过合成得到宽带波束输出。
请参见图2，本发明提供一种具体实施例，一种优化音视频体验的会议运行方法，步骤包括：
利用若干麦克风阵列采集多路麦克风信号s(t)；
分别对采集到的多路麦克风信号s(t)进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号：
Figure BDA0002594456700000063
调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号：
Figure BDA0002594456700000064
空间中仅存在一个θk方向的波信号，其导向矢量a(θk)，当权重矢量取w＝a(θk)时，阵列各路信号加权相干叠加，则输出信号最大值y(n)＝a(θk)Ha(θk)。
本发明提供一种示例性实施例，一种优化音视频体验的会议装置，用于运行上述优化音视频体验的会议运行方法，并且所述优化音视频体验的会议装置包括显示器、音频接收器、音频播放器；
所述音频接收器、所述音频播放器以所述显示器为中心分别安装于所述显示器的两侧。
请参见图3，具体地，以所述显示器的水平中线为对称轴，所述音频接收器对称安装于所述显示器的顶部，所述扬声器对称安装于所述显示器的底部。
在本具体实施例中，考虑到把麦克风安置在显示器中心底端位置时，由于其位置相对较低，因此极有可能受到前方物体的遮挡干扰，此时麦克风拾到的近端语音并非直达声，进而导致麦克风拾取到的近端语音能量变小，影响回声处理效果。
具体地，所述音频接收器为，由若干麦克风组合排列而成的麦克风阵列。
所述优化音视频体验的会议装置，还包括摄像仪器；所述摄像仪器安装于所述显示器且处于相对于视平线以下的位置。
请参见图4，具体地，所述摄像仪器安装于所述显示器的底端。
在本实施例中，摄像头处于视平线以下仰视拍摄时，能够充分利用画面的深度来表现事物的高大。仰视拍摄会改变人的视觉习惯与人眼观测事物的视觉透视关系，能够给人以新奇感，也可以使得事物的主体地位得到强化。
在一种实施方式中，所述优化音视频体验的会议装置，采用自适应算法消除回声，所述自适应算法通过调整滤波器的迭代更新系数来估计出与实际回声路径比较的期望信号。
所述优化音视频体验的会议装置运行自适应算法的步骤为：
获得外部信号；其中，所述外部信号包括远端输入信号、回声信号、观测噪声；
通过调整自适应滤波器的迭代更新系数，估计出与实际回声路径逼近的期望信号；
将所述外部信号与所述期望信号相减以抵消回声。
请参见图5，x(n)为远端输入信号，经过未知的回声路径w(n)得到y(n)＝x(n)*w(n)，再加上观测噪声v(n)，得到期望信号d(n)＝y(n)+v(n)。x(n)通过自适应滤波器W(n)得到估计的回声信号，并与期望信号d(n)相减得到误差信号e(n)，即e(n)＝d(n)-W(n)*x(n)，误差信号的值越小说明自适应滤波算法所估计的回声路径就越接近实际的回声路径。
本发明提供一种示例性实施例，一种优化音视频体验的会议系统，至少包括两个相同的如上所述的优化音视频体验的会议装置，以及通信设备；
所述优化音视频体验的会议装置通过所述通信设备实现通讯连接。
请参见图6，当远端话者的讲话时，远端的优化音视频体验的会议装置通过音频接收器拾取远端话者的声音，将声音转换为数字信号后，通过通信设备传输给近端的优化音视频体验的会议装置；近端的优化音视频体验的会议装置将来自远端的数字信号通过音频播放器转换成模拟信号并播放声音。
本发明提供一种优化音视频体验的会议装置、系统及其运行方法，利用多个音频采集阵元采集来自不同方向的包括回声信号的麦克风信号，对各种麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号，从而实现通过麦克风阵列进行指向性拾音，增强目标方向的声音信号与抑制非目标方向的干扰信号，进一步减小麦克风拾到的回声能量，优化双工体验。同时，改进所述优化音视频体验的会议装置的设计，使音频接收器与音频播放器的安置位置尽可能分开，减小音频接收器拾到的回声能量，可以有效提高回声消除算法对回声的抑制效果，优化双工体验。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种优化音视频体验的会议运行方法，其特征在于，步骤包括：
利用若干音频采集阵元采集麦克风信号；
对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号；
调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号。
2.如权利要求1所述的优化音视频体验的会议运行方法，其特征在于，所述对采集到的麦克风信号进行合并处理，得到对应各音频采集阵元的窄带信号，具体为：
利用n>1个音频采集阵元收集来自各方向的麦克风信号，并对不同方向的麦克风信号进行傅里叶变换后，处理成对应各音频采集阵元的窄带信号：
Figure FDA0002594456690000011
其中，s(t)表示麦克风信号；x1..n(t)表示对应1到n个音频采集阵元的窄带信号；θ表示波束与麦克风垂直方向夹角。
3.如权利要求2所述的优化音视频体验的会议运行方法，其特征在于，所述调整各音频采集阵元的相位阵列参数，并对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，得到输出语音信号，具体为：
通过调整波束形成器的权重向量w＝[w1,w2,…,wn]T，以使目标方向的麦克风信号获得相长干涉，而非目标方向的麦克风信号获得相消干涉；其中，T表示转置，H表示共轭转置；
对各音频采集阵元的窄带信号加权求和，最终输出增强目标方向的声音信号与抑制非目标方向的干扰信号的输出语音信号y(t)：
Figure FDA0002594456690000021
其中，
Figure FDA0002594456690000022
wH表示权重矢量；xi(t)表示各音频采集阵元的窄带信号；s(t)表示麦克风信号；a(θ)表示导向矢量。
4.一种优化音视频体验的会议装置，其特征在于，用于运行如权利要求1或2或3所述的优化音视频体验的会议运行方法，并且所述优化音视频体验的会议装置包括显示器、音频接收器、音频播放器；
所述音频接收器、所述音频播放器以所述显示器为中心分别安装于所述显示器的两侧。
5.如权利要求4所述的优化音视频体验的会议装置，其特征在于，所述音频接收器、所述音频播放器以所述显示器为中心分别安装于所述显示器的两侧，优选为：
以所述显示器的水平中线为对称轴，所述音频接收器对称安装于所述显示器的顶部，所述扬声器对称安装于所述显示器的底部。
6.如权利要求5所述的优化音视频体验的会议装置，其特征在于，所述音频接收器为，由若干麦克风组合排列而成的麦克风阵列。
7.如权利要求4所述的优化音视频体验的会议装置，其特征在于，还包括摄像仪器；所述摄像仪器安装于所述显示器且处于相对于视平线以下的位置。
8.一种优化音视频体验的会议系统，其特征在于，至少包括两个相同的如权利要求4至7任一所述的优化音视频体验的会议装置，以及通信设备；
所述优化音视频体验的会议装置通过所述通信设备实现通讯连接。
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WO2023065317A1 (zh) * 2021-10-22 2023-04-27 阿里巴巴达摩院(杭州)科技有限公司 会议终端及回声消除方法

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