專利名稱：一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及嘯叫抑制領(lǐng)域，特別涉及一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法。
背景技術(shù)：
嘯叫抑制在有的文獻(xiàn)也被稱為“聲反饋抑制”、“聲反饋控制”、“反饋消除”等，它們表達(dá)的是同一種意思。如圖I所示，圖I為嘯叫產(chǎn)生原理圖。s(n)表示近端語音，這是需要 放大的信號；d(n)表示從揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音經(jīng)過反饋路徑102再次反饋到麥克風(fēng)，被麥克風(fēng)拾取到的反饋信號。d(n)不是期望接收的信號，需要把它抑制掉。前向處理模塊104用來完成嘯叫抑制和自動增益控制等功能。輸入信號s(n)到輸出信號y(n)之間的傳遞函數(shù)為 G(Z)/(1-G(Z)F(Z))，如果同時(shí)滿足(a) G(Z)F(Z) | 彡 I ； (b) ZG(z)F(z) =2Jin,nGN；則該系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定，在滿足條件的頻率點(diǎn)上就會發(fā)生嘯叫。使用擴(kuò)音系統(tǒng)目的之一就是為了提高系統(tǒng)增益，助聽器的佩戴者也希望能夠把聲音放大到所期望的水平，嘯叫現(xiàn)象限制了擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益量。因此，必須采取一定的措施消除反饋來避免嘯叫的發(fā)生。公共擴(kuò)聲系統(tǒng)中由于講話人的位置可能會經(jīng)常地變化。例如教室里老師授課用的擴(kuò)音系統(tǒng)中，麥克風(fēng)被放置在老師的衣服上而老師在授課時(shí)身體的位置不是固定的，這就導(dǎo)致反饋路徑的不斷變化，相應(yīng)的解決方案必須考慮到這一點(diǎn)并能快速的跟蹤這種變化，否則就會出現(xiàn)嘯叫。嘯叫抑制是一個(gè)熱門的研究課題。目前的解決方法主要有(I)移頻法。移頻法通過破壞嘯叫產(chǎn)生的相位條件來達(dá)到嘯叫抑制的目的。然而，這種方法的嘯叫抑制效果并不好，常常控制了一個(gè)頻率點(diǎn)的嘯叫，系統(tǒng)又會在別的頻率點(diǎn)產(chǎn)生嘯叫。而且移頻法對語音質(zhì)量有可覺察的影響，研究和實(shí)際系統(tǒng)測試表明使用移頻法最多可以獲得6dB的增益。(2)陷波器法。陷波器法首先尋找可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生了反饋的頻譜位置，然后將信號中這些過強(qiáng)的頻率成分衰減掉來達(dá)到反饋抑制效果。但是在實(shí)際系統(tǒng)中，有可能存在多個(gè)反饋頻率點(diǎn)。因此，陷波器法效果有限。已經(jīng)報(bào)道的使用陷波器法可以提供3dB-8dB的增益。(3)自適應(yīng)濾波器法。自適應(yīng)濾波器法的工作原理是利用濾波器來模擬聲音通過揚(yáng)聲器發(fā)出后再從麥克風(fēng)進(jìn)來這樣的一個(gè)傳播通道的傳輸特性，使得從濾波器出來的信號和麥克風(fēng)采集到的反饋信號一致，然后從麥克風(fēng)的輸入信號中把該部分信號減掉來達(dá)到消除反饋的目的。如圖2所示，圖2為基于自適應(yīng)濾波算法的嘯叫抑制系統(tǒng)框圖。自適應(yīng)濾波單元206的參數(shù)必須調(diào)整到和實(shí)際傳輸路徑特性接近，其模擬得到的信號便越接近實(shí)際的反饋信號，就可以取得更好的嘯叫抑制效果。這種方法和回聲抵消所采用的方法原理是一樣的，但是與回聲抵消不同的是在反饋場合下，系統(tǒng)總是處于被稱為“雙端對講”的狀態(tài)，從而影響了自適應(yīng)濾波器的收斂速度，而且估計(jì)出的濾波器系數(shù)是有偏的，這種方法很難適用于反饋路徑總是在不斷變化的情況。
另外，自適應(yīng)濾波器法分為不連續(xù)嘯叫抑制和連續(xù)嘯叫抑制。不連續(xù)嘯叫抑制的主要缺點(diǎn)是這種方法需要中斷正常輸入語音信號，從而使語音的可懂度受到影響，因而在很多場合是不能被接受的。而連續(xù)嘯叫抑制使用連續(xù)的輸入信號來估計(jì)反饋信號，但是收斂速度很慢。綜上所述，目前的嘯叫抑制方法魯棒性不好，當(dāng)反饋路徑變化時(shí)都很可能出現(xiàn)短暫的嘯叫
發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為了解決上述問題，提出一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，從而達(dá)到魯棒性好，收斂和跟蹤速度快的目的。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，該方法具體步驟包括步驟I):分別對麥克風(fēng)米集的信號x(n)和揚(yáng)聲器輸出信號y(n)進(jìn)行分巾貞、加窗和傅里葉變換得到麥克風(fēng)頻域信號X(i，k)和揚(yáng)聲器輸出頻域信號Y(i，k)；步驟2):根據(jù)所述的步驟I)獲得的麥克風(fēng)頻域信號X(i，k)和揚(yáng)聲器輸出頻域信號Y(i, k)計(jì)算麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器輸出信號之間的互功率譜4)yx(i，k)和揚(yáng)聲器輸出信號的功率譜cj^ya，k);并將互功率譜$yx(i，k)除以功率譜$yy(i，k)得到反饋路徑傳遞函數(shù)
幅度譜的估計(jì)P'0)|;步驟3):利用所述的步驟2)獲得的反饋路徑傳遞函數(shù)幅度譜的估計(jì)|#'(a)|計(jì)算得到當(dāng)前幀反饋信號幅度譜；步驟4):利用麥克風(fēng)信號幅度譜|X(i，k) I和所述的步驟3)獲得的反饋信號幅度譜|；^+,幻|計(jì)算獲得增益函數(shù)6(1，10 ；步驟5):根據(jù)所述的步驟4)獲得的增益函數(shù)G(i，k)來對麥克風(fēng)頻域信號X(i，k)進(jìn)行修正來實(shí)現(xiàn)嘯叫抑制。該方法還進(jìn)一步包括步驟6):對所述的步驟5)獲得的修正后的麥克風(fēng)頻域信號進(jìn)行處理獲得最終的輸出信號5( )，并對輸出信號5( )進(jìn)行解相關(guān)處理；和步驟7):對所述的步驟6)處理的結(jié)果進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。所述的步驟2)獲得反饋路徑傳遞函數(shù)幅度譜的具體步驟包括21):采用一階自回歸平滑的方法，按照式⑴獲得互功率譜ctyx(i，k)；<J)yx(i，k) = a c<J)yx(i-l，k) + (l_a c) |Y*(i, k)X(i, k) I(I)其中，ac是平滑因子，0彡ac < I ;22):采用一階自回歸平滑的方法，按照式⑵獲得功率譜^yy (i，k)；4>yy(i,k) = a E(J)yy(i-l, k) + (l-a E)Y*(i, k)Y(i, k)(2)其中，aR是平滑因子，0彡aR < I ;23):利用互功率譜ctyx(i，k)和功率譜ctyy(i，k)根據(jù)式(3)獲得反饋路徑傳遞函數(shù)幅度i普P'0)|;
權(quán)利要求
1.一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，該方法具體步驟包括 步驟I):分別對麥克風(fēng)采集的信號x(n)和揚(yáng)產(chǎn)器輸出信號y(n)進(jìn)行分幀、加窗和傅里葉變換得到麥克風(fēng)頻域信號X(i，k)和揚(yáng)產(chǎn)器輸出頻域信號Y(i，k)； 步驟2):根據(jù)所述的步驟I)獲得的麥克風(fēng)頻域信號X(i，k)和揚(yáng)聲器輸出頻域信號Y(i,k)計(jì)算麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器輸出信號之間的互功率譜4>yx(i，k)和揚(yáng)聲器輸出信號的功率譜
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，該方法還進(jìn)一步包括 步驟6):對所述的步驟5)獲得的修正后的麥克風(fēng)頻域信號進(jìn)行處理獲得最終的輸出信號5( )，并對輸出信號5( )進(jìn)行解相關(guān)處理；和 步驟7):對所述的步驟6)處理的結(jié)果進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟2)獲得反饋路徑傳遞函數(shù)幅度譜的具體步驟包括 21):采用一階自回歸平滑的方法，按照式⑴獲得互功率譜ctyx(i，k)；
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟3)按照式(4)計(jì)算獲得當(dāng)前幀反饋信號幅度譜
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟4)計(jì)算增益函數(shù)的方法包括基于先驗(yàn)信號反饋比方法和基于后驗(yàn)信號反饋比方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟4)基于后驗(yàn)信號反饋比方法按照式(5)計(jì)算獲得增益函數(shù)G(i，k)；
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟5)按照式(6)對麥克風(fēng)頻域信號X (i，k)進(jìn)行修正來實(shí)現(xiàn)嘯叫抑制 S(i,k) = X(i,k)G(i,k)(6)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步驟7)采用調(diào)節(jié)數(shù)字信號的增益或調(diào)節(jié)模擬系統(tǒng)功放的增益。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于反饋信號頻譜估計(jì)的嘯叫抑制方法，首先，分別對麥克風(fēng)采集的信號和揚(yáng)聲器輸出信號進(jìn)行分幀、加窗和傅里葉變換得到對應(yīng)的頻域信號；然后，根據(jù)獲得的麥克風(fēng)頻域信號和揚(yáng)聲器輸出頻域信號計(jì)算麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器輸出信號之間的互功率譜和揚(yáng)聲器輸出信號的功率譜；并將互功率譜除以功率譜得到反饋路徑傳遞函數(shù)幅度譜的估計(jì)；再利用獲得的反饋路徑傳遞函數(shù)幅度譜的估計(jì)計(jì)算得到當(dāng)前幀反饋信號幅度譜；接著利用麥克風(fēng)信號幅度譜和獲得的反饋信號幅度譜計(jì)算獲得增益函數(shù)；最后根據(jù)獲得的增益函數(shù)來對麥克風(fēng)頻域信號進(jìn)行修正來實(shí)現(xiàn)嘯叫抑制。該方法具有很快的收斂和跟蹤速度，魯棒性好，算法復(fù)雜度低有利于實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號H04R27/00GK102740214SQ20111008219
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者吳鳴, 楊軍, 楊飛然 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所