一种消除移动设备VoIP电话回声的方法技术

一种消除移动设备VoIP电话回声的方法，包括以下步骤：1)将输入的远端、近端语音波形进行FFT变换，将时域信号转换成频域，缓存远端信号并做延时估计，计算远端和近端信号能量；2)利用IPNMLS自适应滤波算法更新自适应滤波器参数；3)自适应滤波器利用更新后的参数在频域上做回声消除处理；4)将处理后的信号利用IFFT将频域信号变换回时域，输出回声消除后的语音信息。本发明专利技术能有效消除移动设备VoIP电话回声。

A Method of Eliminating VoIP Phone Echo on Mobile Devices

【技术实现步骤摘要】
一种消除移动设备VoIP电话回声的方法
本专利技术涉及电子通信领域，是一种消除移动设备VoIP电话回声的方法。
技术介绍
当前随着网络技术的发展，VoIP技术及其应用也迅速发展。如今广泛用于PC端和手机端，可实现多人会话，可视对讲等功能。与传统电话相比，VoIP电话以其网络带宽利用率高，通话成本低，可灵活地提供丰富的增值功能而备受市场青睐。然而，目前大多数VoIP电话系统在通话中，由于网络时延比较大，时延抖动比较大，使得设备会产生回声现象，尤其在多人会话，通话距离较近的情况下回声现象会非常严重，以至于无法听清语音信息，严重影响了通话质量和用户体验度。所以为了提高语音质量，那么就必须对语音传输过程中的回声进行处理。
技术实现思路
为了克服现有VoIP电话系统存在回声现象的不足，本专利技术提供一种消除移动设备VoIP电话回声的方法。为了解决上述技术问题本专利技术提供如下的技术方案：一种消除移动设备VoIP电话回声的方法，该方法包括以下步骤：1)将输入的远端、近端语音波形进行FFT变换，将时域信号转换成频域，缓存远端信号并做延时估计，计算远端和近端信号能量；2)利用IPNMLS自适应滤波算法更新自适应滤波器参数；3)自适应滤波器利用更新后的参数在频域上做回声消除处理；4)将处理后的信号利用IFFT将频域信号变换回时域，输出回声消除后的语音信息。进一步，所述步骤1)中，延时估计包括以下步骤：(1.1)得到远端和近端语音信号的频谱其中远端频谱将被缓存起来作为候选匹配项；(1.2)选择频谱中最重要的频段，估算该频谱的均值并设其为门限值，当某个频段值大于门限值时，将该位设为1，反之则设为0。这样便得到了远端和近端信号的二值化的频谱；(1.3)通过求解两者的按位异或值，选择相似度最高的候选远端信号并计算对应的延时。再进一步，所述步骤2)包括以下步骤：(2.1)接受消除回声的语音信号；(2.2)对扬声器信号和消除回声后的信号进行预白化处理；(2.3)检测通话状态，若为双讲状态则返回抵消后的信号再输出。否则需计算迭代步长，得到步长更新系数作为自适应滤波器参数，返回抵消后的信号，最后再输出信号。更进一步，所述步骤(2.3)中，计算迭代步长的计算公式如下：式(1)中:w是滤波器系数；x是输入信号；e是误差信号；μ是收敛因子，求解方法如下：(2.3.1)其中K(n-1)的计算方法为K(n-1)＝diag{k0(n-1)，k1(n-1),...kL-1(n-1)}(2)(2.3.2)其中kl(n)的计算方法为：式(3)中为常数，可以取值为0或者-0.5；L即为滤波器的长度；是滤波器系数的范数，即所述步骤3)的步骤如下：(3.1)远端信号与近端信号输入自适应滤波器，远端信号通过环境中的回声信道产生回声信号，近端信号由回声信号混合近端语音共同组成；(3.2)通过构造M抽头自适应滤波器来模拟回声信道，可以使得处理后的信号逼近回声信号，使输出信号逼近近端声音，从而达到消除回声的目的；(3.3)步骤(3.2)后并没有完全抵消残余回声，因此对输出信号再做回声抑制算法处理，；所述步骤(3.3)包括以下步骤：(3.3.1)首先计算系统的能量增益G；(3.3.2)估计的信道回声信号能量，近端信号能量分别为Pestimate和Pnear，应有(3.3.3)设α＝Pestimate·G/Pnear,且α截断到0～1。设近端语音信号的频谱为Fnear，则回声抑制后的信号频谱Fout为：Fout＝Fnear·(1-α)。式中表明当α越接近0时，预估回声信号越低，远端接近静音，此时应将近端信号尽可能传递。将步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)所实现的算法嵌入到WebRTC中的AECM模块，利用AECM模块实现移动设备VoIP电话系统回声的消除。本专利技术的有益效果为：有效消除移动设备VoIP电话回声。附图说明图1是本专利技术的流程图。图2是IPNLMS的算法流程图。图3是自适应滤波器的工作流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。如图1所示，一种消除移动设备VoIP电话回声的方法，该方法包括以下步骤：1)将输入的远端、近端语音波形进行FFT变换，将时域信号转换成频域，算法以块为单位，每次采样128个时域波形上的点，进行128的快速傅立叶变换(FFT)，得到复数的浮点频域值。缓存远端信号并做延时估计，计算远端和近端信号能量；延时估计包括以下步骤：(1.1)得到远端和近端语音信号的频谱其中远端频谱将被缓存起来作为候选匹配项；(1.2)选择频谱中最重要的频段，估算该频谱的均值并设其为门限值。当某个频段值大于门限值时，将该位设为1，反之则设为0。这样便得到了远端和近端信号的二值化的频谱；(1.3)通过求解两者的按位异或值，选择相似度最高的候选远端信号并计算对应的延时。2)利用IPNMLS自适应滤波算法更新自适应滤波器参数。具体步骤如图2所示：(2.1)接受消除回声的语音信号；(2.2)对扬声器信号和消除回声后的信号进行预白化处理，由于语音信号能量集中在低频，在更新自适应滤波器的系数之前首先对信号进行预白化处理，有利于自适应算法收敛。白化处理实际上是为了去除相关性，经过预白化处理，可以使得语音信号能量更加平稳。从而有利于自适应算法收敛。(2.3)检测通话状态，若为双讲状态则返回抵消后的信号再输出。否则需计算迭代步长，得到步长更新系数作为自适应滤波器参数，返回抵消后的信号，最后再输出信号。具体计算公式如下：式(1)中:w是滤波器系数；x是输入信号；e是误差信号；μ是收敛因子，求解方法如下：(2.3.1)其中K(n-1)的计算方法为K(n-1)＝diag{k0(n-1)，k1(n-1),...kL-1(n-1)}(2)(2.3.2)其中kl(n)的计算方法为：式(3)中为常数，可以取值为0或者-0.5；L即为滤波器的长度；是滤波器系数的范数，即3)自适应滤波器利用更新后的参数在频域上做回声消除处理，具体步骤如图3所示：(3.1)远端信号与近端信号输入自适应滤波器，远端信号通过环境中的回声信道产生回声信号，近端信号由回声信号混合近端语音共同组成。(3.2)通过构造M抽头自适应滤波器来模拟回声信道，可以使得处理后的信号逼近回声信号，使输出信号逼近近端声音，从而达到消除回声的目的。(3.3)步骤(3.2)后并没有完全抵消残余回声，因此对输出信号再做回声抑制算法处理，回声抑制算法处理包括以下步骤：(3.3.1)考虑到通过自适应滤波器模拟产生的预估回声信号和前端语音信号可能存在能量增益上的差异，算法首先计算系统的能量增益G。(3.3.2)估计的信道回声信号能量，近端信号能量分别为Pestimate和Pnear。应有(3.3.3)设α＝Pestimate·G/Pnear,且α截断到0～1。设近端语音信号的频谱为Fnear，则回声抑制后的信号频谱Fout为：Fout＝Fnear·(1-α)。式中表明当α越接近0时，预估回声信号越低，远端接近静音，此时应将近端信号尽可能传递。4)将处理后的信号利用IFFT将频域信号变换回时域，输出回声消除后的语音信息。将步骤1)、步骤2)、步骤3)、步骤4)所实现的算法嵌入到WebRTC中的AECM模块，利用AECM模块实现移动设备VoIP电话系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种消除移动设备VoIP电话回声的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将输入的远端、近端语音波形进行FFT变换，将时域信号转换成频域，缓存远端信号并做延时估计，计算远端和近端信号能量；2)利用IPNMLS自适应滤波算法更新自适应滤波器参数；3)自适应滤波器利用更新后的参数在频域上做回声消除处理；4)将处理后的信号利用IFFT将频域信号变换回时域，输出回声消除后的语音信息。

【技术特征摘要】
1.一种消除移动设备VoIP电话回声的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)将输入的远端、近端语音波形进行FFT变换，将时域信号转换成频域，缓存远端信号并做延时估计，计算远端和近端信号能量；2)利用IPNMLS自适应滤波算法更新自适应滤波器参数；3)自适应滤波器利用更新后的参数在频域上做回声消除处理；4)将处理后的信号利用IFFT将频域信号变换回时域，输出回声消除后的语音信息。2.如权利要求1所述的消除移动设备VoIP电话回声的方法，其特征在于，所述步骤1)中，延时估计包括以下步骤：(1.1)得到远端和近端语音信号的频谱其中远端频谱将被缓存起来作为候选匹配项；(1.2)选择频谱中最重要的频段，估算该频谱的均值并设其为门限值，当某个频段值大于门限值时，将该位设为1，反之则设为0，这样便得到了远端和近端信号的二值化的频谱；(1.3)通过求解两者的按位异或值，选择相似度最高的候选远端信号并计算对应的延时。3.如权利要求1或2所述的消除移动设备VoIP电话回声的方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：(2.1)接受消除回声的语音信号；(2.2)对扬声器信号和消除回声后的信号进行预白化处理；(2.3)检测通话状态，若为双讲状态则返回抵消后的信号再输出，否则需计算迭代步长，得到步长更新系数作为自适应滤波器参数，返回抵消后的信号，最后再输出信号。4.如权利要求1或2所述的消除移动设备VoIP电话回声的方法，其特征在于，所述步骤(2.3)中，所述计算迭代步长的计算公式如下：式(1)中:w是滤波器系数；x是输入信号；e是误差信号；μ是收敛因子，求解方法如下：(2.3.1)其中K(n-1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟利民，徐敏儿，蒋维，应颂翔，林梦嫚，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33