專利名稱：一種聲學(xué)回聲消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回聲消除方法，尤其指消除回聲技術(shù)中聲學(xué)回聲消除的方法。
背景技術(shù)：
聲學(xué)回聲是指揚(yáng)聲器播放出來(lái)的聲音被話筒拾取后發(fā)回遠(yuǎn)端，這就使得遠(yuǎn)端談話者能聽到自己的聲音。聲學(xué)回聲又分為直接回聲和間接回聲。直接回聲是指揚(yáng)聲器播放出來(lái)的聲音未經(jīng)任何反射直接進(jìn)入話筒。這種回聲延遲最短，它與遠(yuǎn)端說(shuō)話者的語(yǔ)音能量，揚(yáng)聲器與話筒之間的距離、角度、揚(yáng)聲器的播放音量以及話筒的拾取靈敏度等因素相關(guān)。間接回聲是指揚(yáng)聲器播放的聲音經(jīng)不同的路徑一次或多次反射后進(jìn)入話筒所產(chǎn)生的回聲集合。因?yàn)橹車矬w的變動(dòng)，例如人的走動(dòng)等，都會(huì)改變回聲的返回路徑，因?yàn)檫@種回聲的特點(diǎn)是多路徑、時(shí)變的。另外，背景噪聲也是產(chǎn)生回聲的因素之一。
請(qǐng)參見(jiàn)圖1，這是多媒體語(yǔ)音環(huán)境示意圖。聲學(xué)回聲消除的一個(gè)重要的方法是使用聲學(xué)回聲消除器(AECAcoustic Echo Cancellation)，AEC是以揚(yáng)聲器信號(hào)與由它產(chǎn)生的多路徑回聲的相關(guān)性為基礎(chǔ)，建立遠(yuǎn)端信號(hào)的語(yǔ)音模型，利用它對(duì)回聲進(jìn)行估計(jì)，并不斷地修改濾波器的系數(shù)，使得估計(jì)值更加逼近真實(shí)的回聲。然后，將回聲估計(jì)值從話筒的輸入信號(hào)中減去，從而達(dá)到消除回聲的目的，AEC還將話筒的輸入與揚(yáng)聲器輸出的值相比較，從而消除延長(zhǎng)延遲的多次反射的聲學(xué)回聲。根椐存儲(chǔ)器存放的過(guò)去的揚(yáng)聲器的輸出值的多少，AEC可以消除各種延遲的回聲。
目前通用的回聲消除方式主要有一是免提電話的應(yīng)用方案，即只做增益調(diào)整，并沒(méi)有真正的回聲消除。當(dāng)一方講話時(shí)，將其信號(hào)傳送方向的增益提高，同時(shí)將其相反方向的增益降低，以降低回聲。其結(jié)果是當(dāng)雙方同時(shí)講話時(shí)，只有一方的聲音能夠傳送出去，只有一方能聽見(jiàn)對(duì)方，或是雙方的聲音斷斷續(xù)續(xù)。另一種是采用最小均方(LMS)的回聲消除。傳統(tǒng)的最小均方收斂慢，易發(fā)散，只能消除剩余的回聲，不得不用非線性方法來(lái)消除剩余的回聲，該方法雖然比增益調(diào)整方法的效果好，但仍有許多不足之處，回聲或聲音的斷斷續(xù)續(xù)時(shí)有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能且易于實(shí)現(xiàn)的聲學(xué)回聲消除方法，從而達(dá)到降噪和高保真語(yǔ)音的效果。
本發(fā)明所提供的一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波；實(shí)現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，消除噪聲的波束形成非線性濾波包括下列過(guò)程對(duì)話筒信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換→濾波→時(shí)域/頻域轉(zhuǎn)換→大回聲消除→波束形成回聲消除→后置濾波→平滑濾波→頻域/時(shí)域轉(zhuǎn)換→濾波→數(shù)/模轉(zhuǎn)換→功放→揚(yáng)聲器。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法是根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，改變的速率也自適應(yīng)的變化。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，步長(zhǎng)只有當(dāng)近端講話時(shí)，其是最小的；當(dāng)雙方同時(shí)講話時(shí)，其調(diào)整為中等長(zhǎng)度；只有遠(yuǎn)端講話時(shí)，其為最大值。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，消除噪聲的波束形成非線性濾波通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析檢測(cè)，識(shí)別出背景噪聲，然后用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，即采用獨(dú)特的自適應(yīng)步長(zhǎng)非線性濾波技術(shù)，將信號(hào)分割成多個(gè)波段分別進(jìn)行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)回聲消除濾波，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時(shí)能改善回聲消除的能力。本發(fā)明既解決了回聲問(wèn)題，同時(shí)保證的通話質(zhì)量，并具有良好的全雙工性能。本發(fā)明適用于汽車免提電話、筆記本電腦、PDA、USB便攜式免提電話、會(huì)議電話、可視電話、手機(jī)、無(wú)繩電話、便攜式DVD等領(lǐng)域。


圖1是現(xiàn)有多媒體語(yǔ)音環(huán)境示意圖；
圖2是本發(fā)明聲學(xué)回聲消除方法的不意圖；圖3是本發(fā)明聲學(xué)回聲消除方法實(shí)施例之一的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖2，這是采用本發(fā)明的聲學(xué)回聲消除方法的示意圖。
本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，采用獨(dú)特的自適應(yīng)步長(zhǎng)非線性濾波技術(shù)，即采用在自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法，并采用消除噪聲的波束形成非線性濾波技術(shù)。
假設(shè)h(n)為回波信道響應(yīng)，X(n)為參考信號(hào)，C(n)為自適應(yīng)濾波系數(shù)，E(n)為話筒接收端的信號(hào)。
E(n)＝X(n)*h(n)(卷積)E(n)＝EL(n)(線性)+EN(n)(非線性)C(n+1)＝C(n)+ΔC(n)ΔC(n)＝μX(n)e(n)/‖x(n)‖2(μ為自適應(yīng)步長(zhǎng))(n)＝X(n)*C(n)(卷積)e(n)＝E(n)-(n)為了消除回聲，聲學(xué)回聲消除必須具備動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)揚(yáng)聲器到話筒之間的聲學(xué)環(huán)境下的聲學(xué)響應(yīng)的功能，將信號(hào)分割成多個(gè)波段分別進(jìn)行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，通過(guò)回聲消除濾波技術(shù)，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時(shí)能改善回聲消除的能力。
參見(jiàn)圖3，本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，采用自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法，其消除噪聲的波束形成非線性濾波主要包括大回聲消除器、波束形成回聲消除器、后置濾波器、平滑濾波器，其它前端和后端處理，包括連續(xù)與離散信號(hào)轉(zhuǎn)換、時(shí)域與頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換、常用濾波等常用信號(hào)處理方法。
本發(fā)明是這樣工作的采用獨(dú)特的自適應(yīng)步長(zhǎng)非線性濾波技術(shù)不是用噪聲訓(xùn)練回聲消除器，而是根據(jù)正常談話交流的聲音連續(xù)的改善回聲消除器，使會(huì)議開始后滔滔不絕的講話更加自然。
好的聲學(xué)回聲消除器處理的回聲水平接近于實(shí)際的回聲水平應(yīng)該是快速而不突變的，這取決于它何時(shí)處于接收狀態(tài)和在這種狀態(tài)下適應(yīng)的快速的程度。自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，改變的速率也自適應(yīng)的變化。當(dāng)只在近端講話時(shí)，步長(zhǎng)是最小的；當(dāng)雙方同時(shí)講話時(shí)(全雙工時(shí))，步長(zhǎng)調(diào)整為中等長(zhǎng)度；只有遠(yuǎn)端講話時(shí)，步長(zhǎng)為最大值。這種方案使系統(tǒng)在不同的狀態(tài)中快速切換，并保持穩(wěn)定，使回聲路徑變化時(shí)仍有極好的性能。消除噪聲的波束形成非線性濾波器通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析檢測(cè)，識(shí)別出背景噪聲，然后用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲，但不損害語(yǔ)音信號(hào)，從而達(dá)到降噪和高保真語(yǔ)音的效果；鑒定通過(guò)對(duì)語(yǔ)音和背景噪聲進(jìn)行分析檢測(cè)，自動(dòng)調(diào)整語(yǔ)音信號(hào)的增益，使其輸出保持在一定的電平。
采用本發(fā)明的一個(gè)回聲消除的具體方法(如圖3內(nèi)容)，其側(cè)音消除可達(dá)30dB～40dB，同時(shí)可以控制在雙方講話的模式下進(jìn)行平滑的過(guò)渡，使語(yǔ)音真實(shí)，不失真，并快速且精確的適應(yīng)。
綜上所述，本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，聲學(xué)回聲對(duì)消可高達(dá)60多dB(目前是國(guó)際最好水平，比同類產(chǎn)品高約20dB)。使用另外的話筒(用于參考信號(hào)拾取)，能夠獲得更加優(yōu)越的全雙工性能以及回聲對(duì)消性能。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)聲學(xué)回聲消除功能，并能達(dá)到降噪和高保真語(yǔ)音的效果，應(yīng)用在回聲消除器方案中，極為實(shí)用。
權(quán)利要求
1.一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波；實(shí)現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。
2.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述消除噪聲的波束形成非線性濾波包括下列過(guò)程對(duì)話筒信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換→濾波→時(shí)域/頻域轉(zhuǎn)換→大回聲消除→波束形成回聲消除→后置濾波→平滑濾波→頻域/時(shí)域轉(zhuǎn)換→濾波→數(shù)/模轉(zhuǎn)換→功放→揚(yáng)聲器。
3.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法是根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，改變的速率也自適應(yīng)的變化。
4.如權(quán)利要求3所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述步長(zhǎng)只有當(dāng)近端講話時(shí)，其是最小的；當(dāng)雙方同時(shí)講話時(shí)，其調(diào)整為中等長(zhǎng)度；只有遠(yuǎn)端講話時(shí)，其為最大值。
5.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述消除噪聲的波束形成非線性濾波通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析檢測(cè)，識(shí)別出背景噪聲，然后用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲。
全文摘要
一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長(zhǎng)分波段標(biāo)準(zhǔn)化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波技術(shù)；實(shí)現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。本發(fā)明采用獨(dú)特的自適應(yīng)步長(zhǎng)非線性濾波技術(shù)，將信號(hào)分割成多個(gè)波段分別進(jìn)行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)回聲消除濾波，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時(shí)能改善回聲消除的能力。本發(fā)明既解決了回聲問(wèn)題，同時(shí)保證了通話質(zhì)量，并具有良好的全雙工性能。本發(fā)明適用于汽車免提電話、筆記本電腦、PDA、USB便攜式免提電話、會(huì)議電話、可視電話、手機(jī)、無(wú)繩電話、便攜式DVD等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04M9/08GK1956480SQ20051003084
公開日2007年5月2日 申請(qǐng)日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者韓興成, 葉波, 王祥莉 申請(qǐng)人:上海貝嶺股份有限公司