CN112530396A - 反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统，其可提高跟踪速度和跟踪性能，当反馈路径变化较大时，可很好的跟踪反馈路径，提升回声消除效果，该方法包括：通过语音采集模块采集带回声的连续语音信号、并对带回声的连续语音信号进行转换，获取离散语音信号序列，通过语音处理模块对离散语音信号序列进行处理：逐点读取离散语音信号序列，逐点进行自适应计算，获得时域去回声语音信号序列，依次对时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列、读取、转换补偿信号序列并输出，该系统包括封装于语音采集模块、语音处理模块、语音输出模块，语音处理模块包括反馈回声消除单元、信号转换单元。

Description

反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统
技术领域
本发明涉及语音处理技术领域，尤其涉及一种适用于助听器的反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统，用于消除语音采集模块和语音接收模块之间耦合路径导致的回声和啸叫。
背景技术
助听器是一种专用于帮助听障患者提高“听觉能力”的声音采集、处理和播放系统，由于助听器前向通路中的听力补偿放大器件和语音接收模块与语音采集模块之间耦合路径的物理反馈回路同时存在于助听器系统中，若形成闭环回路，就会在助听器语音输入端产生回声，若进一步形成正反馈的闭环回路，结果就是在扬声器处产生啸叫，严重影响了语音的聆听效果；从语音采集模块采集进入助听器听力补偿模块的声音经过听力补偿模块放大后再由语音接收模块转换为连续语音后输出，通过各种可能的途径传播后再次进入系统即产生回声，再反复放大就形成了高强度的啸叫振荡，这带来了助听器语音质量和聆听效果的严重下降，削弱了助听器的最高稳定增益。
现有技术中提供了一种消除啸叫的时域自适应滤波算法，首先对现有的时域自适应滤波算法用到的一些信号标记做一些简单说明。图2给出了现有的适用于助听器的自适应滤波回声消除滤波算法的处理结构框图，有限脉冲响应自适应滤波模块的输入和输出是按块处理的，输入信号是以帧长L为单位进行处理的，待输入缓冲区累计L点后，使能自适应反馈回声消除模块进行回声消除处理。xk是助听器语音采集模块采集的第k帧带回声语音信号，uk-1是助听器听力补偿模块输出的第k-1帧听力补偿后的语音信号，假如助听器回声消除自适应滤波器长度为M，助听器听力补偿模块输出的第k-1个块作为估计助听器语音采集模块采集的第k帧带回声语音信号的回声的基准信号。
首先根据输入数据块的长度L和滤波器长度M的关系，对输入的基准数据块进行拼接，若L＝M，则u'k-1由第(k-1)块uk-1和第(k-2)块uk-2信号的样本组成。如下式所示：
u'k＝[uk-1[m],…uk-1[1],uk-2[L],…,uk-2[m+1]]T,
其中uk-1[m]为第k-1个数据块的第m个样本，第k个块的自适应滤波器输出信号为：
Figure BDA0002853115070000021
其中u'f k表示对输入的数据u'k进行带限IIR滤波后得到，wk是在时刻k具有反馈抑制自适应滤波器系数的列向量。
利用麦克风采集到的带回声语音信号块xk以及自适应滤波输出信号
Figure BDA0002853115070000022
计算误差信号:
Figure BDA0002853115070000023
即为去回声的语音信号。
现有的时域自适应回声消除算法包括系数更新单元，对u'f k进行带限滤波得到uf1 k,对ek[m]进行滤波得到
Figure BDA0002853115070000024
计算能量估计值：
Figure BDA0002853115070000025
Figure BDA0002853115070000026
通过计算能量估计值，使归一化自适应步长调整变为：
Figure BDA0002853115070000031
C为自适应控制步长常数,γ为遗忘因子，a为避免发散的最小阈值常数。
最后更新滤波器系数
Figure BDA0002853115070000032
接收新的一帧输入uk-1与xk，重复上述运算。
由上述按帧处理的时域自适应滤波算法处理过程可知，每当累计满一帧长度为L的带回声语音信号，才会启动一次自适应滤波算法，启动滤波器系数的更新运算。显而易见，此种算法运算复杂度较大，具有较大的延时，更新与跟踪性能较差，当反馈路径变化较大时，不能很好的跟踪反馈路径，进而降低自适应滤波的回声消除性能。
发明内容
针对现有技术中存在的采用时域自适应滤波算法消除回声啸叫时，跟踪速度较慢，更新与跟踪性能较差，当反馈路径变化较大时，不能很好的跟踪反馈路径，降低了回声消除效果的问题，本发明提供了一种反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统，其可提高跟踪速度和跟踪性能，当反馈路径变化较大时，可很好的跟踪反馈路径，提升回声消除效果。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种反馈回声消除方法，其基于封装于助听器中的语音采集模块、语音处理模块、语音发送模块实现；
所述语音采集模块用于采集和处理连续语音信号并转换为离散语音信号序列；
所述语音处理模块用于对所述离散语音信号序列进行处理；
所述语音发送模块用于输出连续语音信号；
其特征在于，该方法包括：
S1、通过所述语音采集模块采集所述带回声的连续语音信号、并对所述带回声的连续语音信号进行转换，获取离散语音信号序列；
S2、通过所述语音处理模块对所述离散语音信号序列进行处理，包括：
S21、逐点读取所述离散语音信号序列；
S22、逐点进行自适应计算，包括：采用自适应反馈回声消除单元对所述离散语音信号序列序列进行自适应回声路径与回声估计，继而进行回声消除处理，获得时域去回声语音信号序列；
S23、依次对所述时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列；
S3、读取所述补偿信号序列，将所述补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并通过所述播放器输出所述连续的去回声语音信号。
其进一步特征在于，
所述自适应反馈回声消除单元包括延时配置模块、存储模块、初始化模块、有限脉冲响应自适应滤波模块、带限IIR滤波模块、功率估计与步长调整模块、系数更新模块，所述延时配置模块用于对所述补偿信号序列实现可配置样点数D_set的延时，匹配所述语音采集模块、语音输出模块以及所述语音采集模块和语音输出模块之间耦合路径的延时；所述存储模块用于存储用于自适应滤波运算的数据以及系数更新运算的数据和滤波器系数；所述初始化模块用于对所述存储模块中的数据进行初始化；所述有限脉冲响应自适应滤波模块利用估计的回声路径和所述补偿信号序列估计回声，从带回声的所述离散语音信号中减去所述回声得到所述去回声语音信号序列也即自适应滤波误差信号序列；所述带限IIR滤波模块采用可配置通带频率的滤波器对输入基准信号和自适应滤波误差信号进行带限IIR滤波，用于功率估计和步长调整以及滤波器系数更新；所述功率估计与步长调整模块用于计算补偿信号序列和自适应滤波误差信号序列的功率，对功率平滑后计算自适应滤波器的归一化自适应步长；所述系数更新模块用所述归一化自适应步长对所述滤波器系数更新以及回声路径的更新；
S21、S22中，逐点读取所述离散语音信号序列，并逐点进行自适应计算，指采用非块处理实施跟踪每一个数据点的形式，所述语音采集模块每输入一个样点，会使能一次所述语音处理模块的数据更新与数据运算。
S23中，依次对所述时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列，包括：
S231、将所述时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式，
S231、将所述数据帧转换为频域去回声信号，在频域计算得到补偿曲线，利用补偿曲线对所述频域去回声信号进行增益补偿后转换为时域补偿信号帧；
S233、将所述时域补偿信号帧转换为补偿信号序列。
S22中，所述自适应反馈回声消除单元基于自适应有限脉冲响应滤波器实现，所述自适应反馈回声消除单元包括归一化最小均方误差算法，采用括归一化最小均方误差算法对所述自适应有限脉冲响应滤波器系数进行更新，对所述回声反馈路径进行估计。
S22中，所述自适应反馈回声消除单元还包括功率估计与步长调整，对所述估计的功率平滑后利用功率计算自适应滤波器的归一化自适应步长。
一种利用上述反馈回声消除方法的助听器反馈回声消除系统，其包括封装于所述助听器中的所述语音采集模块、语音处理模块、语音输出模块，所述语音采集模块用于采集和处理连续语音信号并转换为离散语音信号序列；
所述语音处理模块用于对所述离散语音信号序列进行处理；
所述语音发送模块用于输出连续语音信号；
其特征在于，所述语音处理模块包括反馈回声消除单元、信号转换单元，所述信号转换单元的一端、反馈回声消除单元的一端与所述语音采集模块的输出端连接，所述信号转换单元的另一端、反馈回声消除单元的另一端与所述语音输出模块的输入端连接；
所述反馈回声消除单元用于读取所述语音采集模块输出的所述离散语音信号序列，并对所述离散语音信号序列进行自适应反馈回声消除处理，获取所述时域去回声语音信号序列；
所述信号转换单元用于读取所述反馈回声消除单元发送的所述时域去回声语音信号序列，并对所述时域去回声语音信号序列依次进行转换、补偿处理，获取所述补偿信号序列；
所述语音接收模块用于接收经所述语音处理模块去回声处理后的去回声语音信号并输出。
其进一步特征在于，
所述信号转换单元包括输入缓冲区、听力补偿模块、输出缓冲区；
所述输入缓冲区用于将所述反馈回声消除单元发送的所述时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式，方便进一步的频域听力补偿处理。
所述听力补偿模块用于将所述数据帧以帧为单位转换到频域，获取频域语音信号帧，在频域计算得到听力补偿曲线，利用所述听力补偿曲线对所述频域语音信号帧进行增益补偿，将补偿后的所述频域数据帧转换到时域，获取所述时域补偿信号帧；
所述输出缓冲区将所述时域补偿信号帧转换为所述补偿信号序列。
所述反馈回声消除单元包括移位寄存器、第一存储器、第二存储器、第三存储器、带限滤波器、自适应滤波器，所述移位寄存器用于匹配所述语音采集模块、语音接收模块以及所述语音采集模块和语音接收模块之间耦合路径的延时而进行延时配置；
所述带限滤波器为IIR滤波器，用于对所述基准回声信号和自适应滤波误差信号进行带限滤波；
所述自适应滤波器为有限脉冲响应自适应滤波器，用于对回声进行估计，获取所述去回声语音信号；
所述第一存储器用于自适应滤波计算；
所述第二存储器用于所述自适应滤波器系数的更新；
所述第三存储器用于存储滤波器系数。
所述移位寄存器为127*20双端口SRAM，所述双端口SRAM作为所述移位寄存器实现方式为读出地址比写入地址大1，写入地址从0自加，写入延时配置存储器的数据个数由延时配置的样点数D_set决定，写满延时配置的样点数D_set后，重新从地址0写入；
所述第一存储器为16*40的双端口数据存储器；
所述第二存储器为16*40的双端口数据存储器；
所述第三存储器为16*64的双端口系数存储器；
所述第一存储器、第二存储器的输入端口分别接一个40位的寄存器，所述寄存器分别用于从所述第一存储器、第二存储器读出一个40位的数据，更新最旧的20位数据后寄存到40位，重新写入所述第一存储器、第二存储器；
所述自适应滤波器的滤波器系数位宽为32位，所述第三存储器采用64位的双端口系数存储器，一次可读出和写入两个滤波器系数，提高了读取及存储效率。
采用所述第一存储器、第二存储器与所述第三存储器分别进行自适应滤波计算、更新滤波器系数、存储滤波器系数时，所述第一存储器、第二存储器的高20位和低20位分别连接2个运算单元，在一个时钟同时进行两个数据运算，提高了算法运行效率。
所述语音采集模块包括模数转换器、麦克风，所述麦克风用于采集所述连续语音信号，所述模数转换器用于将所述连续语音信号转换为带回声的所述离散语音信号序列；
语音输出模块包括语音接收单元、播放器，所述语音接收单元包括数模转换器，所述数模转换器用于将所述输出缓冲区输出的离散的所述补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并发送给所述播放器，所述播放器用于播放所述连续的去回声语音信号。
采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：1、该用于助听器的反馈回声消除方法的实现采用实时跟踪每一个数据点的形式，并逐点进行自适应计算，助听器语音采集模块每输入一个样点，都会使能一次语音处理模块的反馈回声消除算法进行数据更新与数据运算，因此相比于现有的每累计一定帧长才能启动反馈回声消除算法的助听器具有跟踪速度快，实时性强的效果。当反馈路径变化较大时，采用逐点读取可很好的跟踪反馈路径，采用自适应反馈回声消除单元对语音采集模块输出的离散语音信号序列进行自适应回声路径与回声估计，继而进行回声消除处理，获得时域去回声语音信号序列，实现了反馈回声的消除处理，算法简单，同时大大提升了回声消除效果，提高了佩戴的舒适度和语音的聆听效果。
2、该反馈回声消除系统包括语音采集模块、语音处理模块、语音输出模块，语音处理模块包括反馈回声消除单元、信号转换单元，反馈回声消除单元、信号转换单元连接于语音采集模块与语音输出模块之间，采用反馈回声消除单元、信号转换单元即可实现反馈回声的消除处理，其无需设置输入缓冲区进行帧长累积，因此简化了结构，降低了投入成本。
附图说明
为了更清楚说明本发明专利实施例中的技术方案，下面将对本发明专利实施例描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明专利的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明专利实施例的内容和这些附图获得其他附图。
图1是本发明专利具体实施方式提出的一种基于带限滤波的归一化最小均方误差算法进行回声消除的助听器系统结构框图。
图2是采用现有技术的时域自适应滤波算法结合助听器系统对语音信号进行处理的结构图。
图3是采用本发明的助听器系统自适应回声消除模块对语音信号进行处理的计算流程图。
图4给出了自适应回声消除模块的功率估计与步长调整模块对语音信号进行处理的流程图。
图5为采用上述反馈回声消除方法前与采用上述反馈回声消除方法后，输出语音和原始纯净语音的时域图。
图6为采用上述回声消除方法前的真实回声路径与采用上述反馈回声消除方法估计的回声路径的对比图。
具体实施方式
以下将结合部分实施例，对本发明专利方案进行更详细的描述，所描述的实施例仅是本发明专利的一部分实施例，而不是全部。基于本发明专利中的实施例，在本领域技术人员没有做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专利的保护范围。
下面结合附图1～4，对本发明专利实施例提供的一种适用于助听器的反馈回声消除算法及硬件实现技术做进一步详细描述。
如图1、图2所示，一种适用于助听器的反馈回声消除系统，包括封装于助听器中的语音采集模块、语音处理模块、语音输出模块，语音采集模块包括麦克风、模数转换器，麦克风用于采集带回声的连续语音信号，模数转换器用于将连续语音信号转换为离散语音信号序列；
语音处理模块用于对离散语音信号序列进行处理，语音处理模块包括反馈回声消除单元、信号转换单元，信号转换单元的一端、反馈回声消除单元的一端与语音采集模块的输出端连接，信号转换单元的另一端、反馈回声消除单元的另一端与语音输出模块的输入端连接，
信号转换单元用于读取反馈回声消除单元发送的时域去回声语音信号序列，并对时域去回声语音信号序列依次进行转换、补偿处理，获取补偿信号序列。信号转换单元包括输入缓冲区、听力补偿模块、输出缓冲区：输入缓冲区用于将反馈回声消除单元发送的时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式；方便进一步的频域语音信号补偿处理：听力补偿模块用于将数据帧以帧为单位转换到频域，获取频域语音信号帧，在频域计算得到听力补偿曲线，利用听力补偿曲线对频域语音信号帧进行增益补偿，将补偿后的所述频域数据帧转换到时域，获取时域补偿信号帧；输出缓冲区将时域补偿信号帧转换为补偿信号序列。
反馈回声消除单元用于读取语音采集模块输出的离散语音信号序列，并对离散语音信号序列进行自适应反馈回声消除处理，获取时域去回声语音信号序列。反馈回声消除单元包括延时配置模块、存储模块、初始化模块、有限脉冲响应自适应滤波模块、带限IIR滤波模块、功率估计与步长调整模块、系数更新模块。
其中，延时配置模块包括移位寄存器，移位寄存器用于输出缓冲区输出的补偿信号序列实现可配置样点数D_set的延时，匹配语音采集模块、语音接收模块以及语音采集模块和语音接收模块之间耦合路径的延时，本实施例中移位寄存器为127*20双端口SRAM，双端口SRAM作为移位寄存器实现方式为读出地址比写入地址大1，写入地址从0自加，写入延时配置存储器的数据个数由延时配置样点数D_set决定，写满延时配置的样点数后，重新从地址0写入。
存储模块包括第一存储器、第二存储器、第三存储器，第一存储器为16*40的双端口数据存储器，用于自适应滤波计算，第二存储器为16*40的双端口数据存储器，用于自适应滤波器系数的更新，第三存储器为16*64的双端口系数存储器，用于存储滤波器系数。第一存储器、第二存储器的输入端口分别接一个40位的寄存器，寄存器分别用于从第一存储器、第二存储器读出一个40位的数据，更新最旧的20位数据后寄存到40位，重新写入第一存储器、第二存储器。采用所述第一存储器、第二存储器与所述第三存储器分别进行自适应滤波计算、更新滤波器系数、存储滤波器系数时，所述第一存储器、第二存储器的高20位和低20位分别连接2个运算单元，在一个时钟同时进行两个数据运算，提高了算法运行效率。
该反馈回声消除单元包括初始化模块，初始化模块用于对可配置延时用的移位寄存器、第一存储器、第二存储器、第三存储器进行初始化，当检测到初始化双端口移位寄存器的地址为127时，初始化完成。
有限脉冲响应自适应滤波模块包括自适应滤波器，自适应滤波器为有限脉冲响应自适应滤波器，有限脉冲响应自适应滤波器利用估计的回声路径和补偿信号序列估计回声，从带回声的离散语音信号中减去回声得到去回声语音信号序列也即自适应滤波误差信号序列；本实施例中自适应滤波器的滤波器系数位宽为32位，第三存储器采用64位的双端口系数存储器，一次可读出和写入两个滤波器系数，提高了读取、存储和运算的效率。
带限IIR滤波模块包括带限IIR滤波器，其采用可配置通带频率的滤波器对输入基准信号和自适应滤波误差信号进行带限IIR滤波，用于进一步的功率估计和步长调整以及滤波器系数更新。
功率估计与步长调整模块包括功率自适应滤波器，功率自适应滤波器用于计算补偿信号序列和误差信号(去回声的语音信号序列)的功率，对功率平滑后计算自适应滤波器的归一化自适应步长。
系数更新模块利用归一化自适应步长对滤波器系数更新以及回声路径的更新，第一存储器与第二存储器在更新运算时，高20位和低20位分别连接2个运算单元，在一个时钟同时进行两个数据运算，提高算法运行效率。
语音输出模块包括语音接收单元、播放器，语音接收单元包括数模转换器，数模转换器用于将输出缓冲区输出的离散的补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并发送给播放器，播放器用于播放连续的去回声语音信号。
一种应用于上述助听器反馈回声消除系统的反馈回声消除方法，其基于封装于助听器中的语音采集模块、语音处理模块、语音发送模块实现，该方法包括：
S1、通过语音采集模块中的麦克风采集带回声的连续语音信号、并通过模数转换器对带回声的连续语音信号进行转换，获取离散语音信号序列。
S2、通过语音处理模块对离散语音信号序列进行处理，包括：
S21、自适应回声消除单元逐点读取离散语音信号序列；
S22、逐点进行自适应计算，指采用自适应反馈回声消除单元对离散语音信号序列序列进行自适应回声路径与回声估计，继而进行回声消除处理，获得时域去回声语音信号序列；
步骤S21、S22中，自适应回声消除单元逐点读取离散语音信号序列，并逐点进行自适应计算，指采用非块处理实施跟踪每一个数据点的形式，语音采集模块每输入一个样点，会使能一次语音处理模块的数据更新与数据运算；自适应反馈回声消除单元基于自适应有限脉冲响应滤波器实现，自适应反馈回声消除单元包括归一化最小均方误差算法，采用基于带限滤波的归一化最小均方误差算法对自适应有限脉冲响应滤波器系数进行更新，对回声反馈路径进行估计。自适应反馈回声消除单元还包括功率估计与步长调整，对估计的功率平滑后利用功率计算自适应滤波器的归一化自适应步长。
S23、依次对时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列，包括：
S231、通过输入缓冲区将时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式，
S231、通过听力补偿模块将数据帧转换为频域去回声信号，在频域计算得到补偿曲线，利用补偿曲线对频域去回声信号进行增益补偿后转换为时域补偿信号帧；
S233、通过输出缓冲区将时域补偿信号帧转换为补偿信号序列。
S3、通过语音输出模块中的语音接收模块读取补偿信号序列，通过数模转换器将补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并通过播放器输出连续的去回声语音信号。
下面结合图3给出本发明提出的具体的自适应反馈回声消除单元的硬件实现过程：
待初始化模块初始化完成以后，接收一对新的输出缓冲区输出的补偿信号序列数据和语音采集模块采集的带回声的连续语音信号数据{u[k],x[k]},其中k为自适应回声消除单元接收的第k个数据样点，采用127*20双端口SRAM的延时配置模块对补偿信号序列数据(基准数据)u[k]按照样点数D_set设置的样点进行相应的延时；
利用带限IIR滤波模块的第一个带限IIR滤波器iir_filt1对延时后的{u[k]进行带限IIR滤波得到uf[k]，寄存器用于对计算的结果进行寄存，再次利用带限IIR滤波模块的第二个带限IIR滤波器iir_filt2对uf[k]进行带限IIR滤波得到uf1[k]。
通过数据存储模块，从第一存储器中读取一个40位的数据，利用uf[k]更新最旧的20位数据后利用寄存器寄存到40位，重新写入第一存储器，得到更新后的基准数据向量
Figure BDA0002853115070000161
从第二存储器中读取一个40位的数据，利用uf1[k]更新最旧的20位数据后寄存到40位，重新写入16*40的第二存储器，得到更新后的基准数据向量
Figure BDA0002853115070000162
Figure BDA0002853115070000163
利用有限脉冲响应自适应滤波模块计算回声信号的估计值以及去回声语音信号也即误差信号：回声信号估计值：
Figure BDA0002853115070000164
去回声语音信号：e[k]＝x[k]-y[k]；
Figure BDA0002853115070000165
为时刻k的自适应滤波器系数的列向量，M为自适应滤波器系数向量的长度。
利用带限IIR滤波模块的第三个IIR滤波器iir_filt3对e[k]进行带限IIR滤波得到ef[k]。
结合图4的功率估计和自适应步长调整结构图，下面给出具体的计算功率估计值和自适应步长大小的算法实现过程。
利用功率估计和自适应步长调整模块计算功率值以及自适应步长因子。由于ef[k]相对于输入uf1[k]的值很小，对误差ef[k]进行模2近似(模2运算)，以降低运算量，估计得到：
Figure BDA0002853115070000166
其中floor为向下取整。
读取寄存器寄存后的值uf1(k)，以及模2近似后的的误差e1(k)，计算功率平滑后的值：
Figure BDA0002853115070000171
根据平滑后的功率值，得到功率的模2估计值：
Figure BDA0002853115070000172
利用模2运算估计的功率值，计算归一化自适应步长因子：
Figure BDA0002853115070000173
最后对滤波器系数向量
Figure BDA0002853115070000174
进行更新，更新单个滤波器系数的计算过程为：
Figure BDA0002853115070000175
利用双运算单元，一次从第三存储器中读出一个64位的数据，拆分为高32位和低32位的两个滤波器系数Wk(m)和Wk(m+1),从数据存储器读出一个40位的数据拆分成两个数据uf1(m)和uf1(m+1)，同时对两个滤波器系数Wk+1(m)和Wk+1(m+1)进行更新运算后，合并为一个64位的数据重新写入第三存储器。
为了降低运算量与功耗，参数选择为2得次幂得形式：取C＝2-K，K取6～10，a＝2-P,P取7，md＝1-2-J，J较合适的值是6，乘以sign(e1[k])在图4中表现为判断是否取补码的操作，2的次幂的乘法可以用移位实现，对应的幂数大于0，用左移实现，小于0用对应的右移实现，floor(log2())的计算可以采用查找2进制表示的正数的最高非零位所在的位置实现。
本发明采用逐点跟踪逐点处理的反馈回声消除算法及反馈回声消除系统，提高了跟踪性能，由于在硬件实现过程中，用移位实现2的次幂的乘法，所以也大大降低算法与整个硬件设备的复杂度，由于系统时钟和采样时钟的限制，第一存储器(数据存储器)与第二存储器(系数更新存储器)更新运算时，高20位和低20位第一存储器、第二存储器以及高32位和低32位第三存储器分别连接2个运算单元，在一个系统时钟内，同时进行两个数据的运算，在一个采样时钟内，根据本实施例，完成所有的自适应回声消除运算，提高算法运行效率；利用127*20的双端口SRAM的延时寄存器，实现灵活的延时配置，很好的匹配所述语音采集模块、语音接收模块以及所述语音采集模块和语音接收模块之间耦合路径的延时，进而实现对回声路径很好的自适应，提高跟踪性能。使用本发明实施例，可以很好的跟踪回声路径，对回声进行有效消除。
采用上述反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统，对带回声的语音进行了回声路径估计和回声消除，图5为采用上述反馈回声消除方法前与采用上述反馈回声消除方法后，输出语音和原始纯净语音的时域图，横轴表示时间，纵轴表示幅度，从图5中可以看出，采用本申请反馈回声消除算法后，带回声的连续语音信号(输出语音)中掺杂的回声可被有效消除，原始纯净语音信号可以被很好的保留，使得最终输出语音为消除回声的原始纯净语音，从而提高了语音信号输出效果。图6为采用上述回声消除方法前的真实回声路径与采用上述反馈回声消除方法估计的回声路径的对比图，横轴表示样点数，纵轴表示幅度，从图6可以看出，采用本申请方法获得的估计的回声路径与真实回声路径基本一致，可以实现很好的跟踪，因此，本发明提出的反馈回声消除方法及利用该方法的反馈回声消除系统可以实现很好的跟踪回声路径，同时对带回声的语音信号进行有效的回声消除。
以上结合部分具体实施例描述了本发明专利技术的原理。这些描述仅用于说明本发明专利原理，而不能以任何方式解释为对本发明专利保护范围的限制。在图1实施例的基础上，还可以根据需求选择所需的助听器的听力补偿模块模块，得到其它实施例。基于此处解释，本领域的技术人员在不需要付出创造性劳动即可联想到本发明专利的其他具体实施方式，这些方式都将落入本发明专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反馈回声消除方法，其基于封装于助听器中的语音采集模块、语音处理模块、语音发送模块实现；
所述语音采集模块用于采集和处理连续语音信号并转换为离散语音信号序列；
所述语音处理模块用于对所述离散语音信号序列进行处理；
所述语音发送模块用于将经所述语音处理模块处理后的连续语音信号输出；
其特征在于，该方法包括：
通过所述语音采集模块采集所述带回声的连续语音信号、并对所述带回声的连续语音信号进行转换，获取离散语音信号序列；
通过所述语音处理模块对所述离散语音信号序列进行处理，包括：
逐点读取所述离散语音信号序列；
逐点进行自适应计算，包括：采用自适应反馈回声消除单元对所述离散语音信号序列序列进行自适应回声路径与回声估计，继而进行回声消除处理，获得时域去回声语音信号序列；
依次对所述时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列；
读取所述补偿信号序列，将所述补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并通过所述播放器输出所述连续的去回声语音信号。
2.根据权利要求1所述的反馈回声消除方法，其特征在于，所述自适应反馈回声消除单元包括延时配置模块、存储模块、初始化模块、有限脉冲响应自适应滤波模块、带限IIR滤波模块、功率估计与步长调整模块、系数更新模块，所述延时配置模块用于对所述补偿信号序列实现可配置的延时，匹配所述语音采集模块、语音输出模块以及所述语音采集模块和语音输出模块之间耦合路径的延时；所述存储模块用于存储用于自适应滤波运算的数据以及系数更新运算的数据和滤波器系数；所述初始化模块用于对所述存储模块中的数据进行初始化；所述有限脉冲响应自适应滤波模块利用估计的回声路径和所述补偿信号序列估计回声，从带回声的所述离散语音信号中减去所述回声得到所述去回声语音信号序列也即自适应滤波误差信号序列；所述带限IIR滤波模块采用可配置通带频率的滤波器对输入基准信号和自适应滤波误差信号进行带限IIR滤波，用于功率估计和步长调整以及滤波器系数更新；所述功率估计与步长调整模块用于计算带限IIR滤波模块滤波后的待补偿信号序列和自适应滤波误差信号序列的功率，对功率平滑后，计算自适应滤波器的归一化自适应步长；所述系数更新模块用所述归一化自适应步长对所述滤波器系数更新以及回声路径的更新。
3.根据权利要求1所述的反馈回声消除方法，其特征在于，依次对所述时域去回声语音信号序列进行转换、补偿，获取补偿信号序列，包括：
将所述时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式，
将所述数据帧转换为频域去回声信号，在频域计算得到补偿曲线，利用补偿曲线对所述频域去回声信号进行增益补偿后转换为时域补偿信号帧；
将所述时域补偿信号帧转换为补偿信号序列。
4.根据权利要求1～3任一项所述的反馈回声消除方法，其特征在于，所述自适应反馈回声消除单元基于自适应有限脉冲响应滤波器实现，所述自适应反馈回声消除单元包括归一化最小均方误差算法，采用基于带限滤波的归一化最小均方误差算法对所述自适应有限脉冲响应滤波器系数进行更新，对所述回声反馈路径进行估计。
5.根据权利要求4所述的反馈回声消除方法，其特征在于，所述自适应反馈回声消除单元还包括功率估计与步长调整，对所述估计的功率平滑后利用功率计算自适应滤波器的归一化自适应步长。
6.一种利用上述权利要求5所述的反馈回声消除方法的助听器反馈回声消除系统，其包括封装于所述助听器中的所述语音采集模块、语音处理模块、语音输出模块，所述语音采集模块用于采集和处理连续语音信号并转换为离散语音信号序列；
所述语音处理模块用于对所述离散语音信号序列进行处理；
所述语音发送模块用于将经所述语音处理模块处理后的连续语音信号输；
其特征在于，所述语音处理模块包括反馈回声消除单元、信号转换单元，所述信号转换单元的一端、反馈回声消除单元的一端与所述语音采集模块的输出端连接，所述信号转换单元的另一端、反馈回声消除单元的另一端与所述语音输出模块的输入端连接；
所述反馈回声消除单元用于读取所述语音采集模块输出的所述离散语音信号序列，并对所述离散语音信号序列进行自适应反馈回声消除处理，获取所述时域去回声语音信号序列；
所述信号转换单元用于读取所述反馈回声消除单元发送的所述时域去回声语音信号序列，并对所述时域去回声语音信号序列依次进行转换、补偿处理，获取所述补偿信号序列；
所述语音接收模块用于接收经所述语音处理模块去回声处理后的去回声语音信号并输出。
7.根据权利要求6所述的助听器反馈回声消除系统，其特征在于，所述信号转换单元包括输入缓冲区、听力补偿模块、输出缓冲区；
所述输入缓冲区用于将所述反馈回声消除单元发送的所述时域去回声语音信号序列转换为数据帧的形式；
所述听力补偿模块用于将所述数据帧以帧为单位转换到频域，获取频域语音信号帧，在频域计算得到听力补偿曲线，利用所述听力补偿曲线对所述频域语音信号帧进行增益补偿，将补偿后的所述频域数据帧转换到时域，获取所述时域补偿信号帧；
所述输出缓冲区将所述时域补偿信号帧转换为所述补偿信号序列。
8.根据权利要求7所述的助听器反馈回声消除系统，其特征在于，所述语音采集模块包括模数转换器、麦克风，所述麦克风用于采集所述连续语音信号，所述模数转换器用于将所述连续语音信号转换为带回声的所述离散语音信号序列。
9.根据权利要求7所述的一种适用于助听器的反馈回声消除系统，其特征在于，所述反馈回声消除单元包括移位寄存器、第一存储器、第二存储器、第三存储器、带限滤波器、自适应滤波器，所述移位寄存器用于对所述输出缓冲区输出的所述补偿信号序列实现可配置样点数D_set的延时，匹配所述语音采集模块、语音接收模块以及所述语音采集模块和所述语音接收模块之间耦合路径的延时；
所述带限滤波器为IIR滤波器，用于对所述基准回声信号和自适应滤波误差信号进行带限滤波；
所述自适应滤波器为有限脉冲响应自适应滤波器，用于对回声进行估计，获取所述去回声语音信号；
所述第一存储器用于自适应滤波计算；
所述第二存储器用于所述自适应滤波器系数的更新；
所述第三存储器用于存储更新后的滤波器系数。
10.根据权利要求7～9任一项所述的一种适用于助听器的反馈回声消除系统，其特征在于，语音输出模块包括语音接收单元、播放器，所述语音接收单元包括数模转换器，所述数模转换器用于将所述输出缓冲区输出的离散的所述补偿信号序列转换为连续的去回声语音信号，并发送给所述播放器，所述播放器用于播放所述连续的去回声语音信号。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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