一种带有延时估计功能的回声消除系统技术方案

本发明专利技术提供一种带有延时估计功能的回声消除系统，涉及音频处理技术领域。本发明专利技术通过使用延时估计模块对设备的声学场景中的近端信号与远端参考信号之间的延时进行估计，锁定延时后设定合理的缓冲区延时参数，防止远端参考信号滞后于近端回声信号从而提升回声消除的性能；使用幅度检测模块检测检测麦克输入与参考输入幅值，合理调整麦克与参考输入相对幅值大小，使待估计的自适应滤波器系数处于最佳动态范围，防止有效字长效应造成迭代累计误差，同时可以加快滤波器收敛速度；结合幅度检测模块进行截项失真检测，控制自适应滤波器系数冻结更新，防止截顶失真或者破音等非线性扰动造成滤波器发散；使用动态调整的步长和正则化因子，收敛更加迅速。收敛更加迅速。收敛更加迅速。

【技术实现步骤摘要】
一种带有延时估计功能的回声消除系统


[0001]本专利技术涉及音频处理
，尤其涉及一种带有延时估计功能的回声消除系统。

技术介绍

[0002]声学回声消除(acoustic echo cancelling,AEC)算法是一种语音信号处理及语音通讯领域的常用算法之一，广泛用于语音通讯与智能语音人机交互等应用中。在语音通讯中，主要是为解决全双工通话过程中任何一端说话人听到自己说话声(回声)的问题。使用回声消除算法可以在近端提前进行去回声处理，之后再送达远端，这样远端说话人将不再听到自己的说话声。在智能语音人机交互过程中，为了防止智能设备自己播放的音乐或者说话声对语音识别构成干扰，也需要使用回声消除算法提前将自已播放的声音去除，以防止误识别和提高识别率。
[0003]现有的AEC方法中，通常利用自适应线性滤波器去估计回声信号，然后根据估计的回声信号抵消掉通信系统中的回声信号。为了提升AEC方法中线性自适应滤波器的效果，通常增加双讲检测模块(double
‑
talkdetection，DTD)，来配合自适应线性滤波器。双讲检测模块用于检测通信双方的讲话状态，例如，通信双方同时讲话时为双讲状态。相关技术中，在通信的一端，通过检测本端语音信号(即近端语音信号)和另一端的语音信号(即远端语音信号)，来确定是否为双讲状态。
[0004]但是现有的双讲检测方案鲁棒性差、检测准确率不高的问题，使得回声消除效果不理想。
[0005]因此，有必要提供一种带有延时估计功能的回声消除系统来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述之一技术问题，本专利技术提供的一种带有延时估计功能的回声消除系统，包括输入缓冲区、声学路径分析模块、缓冲区延时线处理及幅度调整模块、幅值检测模块、回声消除模块和输出缓冲区。
[0007]具体的，输入缓冲区：持续接收输入数据流，并将连续的输入数据流分为等长的数据块；所述输入数据流包括麦克信号和参考信号，所述数据块包括麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)；其中，l＝1,2,3,
…
表示数据块序号，n＝0,1,2,
…
,N表示每个数据块样点序号，N表示每个数据块样点总数。
[0008]具体的，声学路径分析模块：接收麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)，并进行声学路径分析处理，得到滤波器长度信息与延时调整信息。
[0009]具体的，幅值检测模块：接收并检测计算麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)的相对幅度(db)数值，通过相对幅度(db)数值计算得到幅度调整信息；通过检测麦克数据块d
l
(n)截顶失真标志位判断是否发生截顶失真，得到截顶失真信息。
[0010]具体的，缓冲区延时线处理及幅度调整模块：接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)、延时调整信息和幅度调整信息；根据延时调整信息对麦克数据块d
l
(n)或参考数据块x
l
(n)进行延时调整，根据幅度调整信息对参考数据块x
l
(n)进行幅度调整；输出调整后麦克数据块和调整后参考数据块
[0011]具体的，回声消除模块：接收调整后麦克数据块调整后参考数据块滤波器长度信息和截顶失真信息；使用动态步长的自适应算法对调整后麦克数据块和调整后参考数据块进行逐点处理，通过截顶失真信息进行自适应滤波器系数更新，通过滤波器长度信息进行步长调整辅助变量更新，得到输出残差信号e(n)。
[0012]具体的，输出缓冲区：接收输出残差信号e(n)，并进行数据重组，得到连续的音频数据流进行输出。
[0013]作为更进一步的解决方案，所述声学路径分析模块包括输入缓冲区、延时估计子模块、缓冲区延时线处理子模块、房间传输函数估计子模块和滤波器长度设定子模块；
[0014]所述输入缓冲区接收麦克信号和参考信号，并转换为麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)；所述延时估计子模块接收麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)，并输出延时调整信息；所述缓冲区延时线处理子模块接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)和延时调整信息，并延时调整信息对麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)进行延时处理，得到初步延时对齐的麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)；所述房间传输函数估计子模块接收初步延时对齐的麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)，通过LMS自适应算法得到对于真实传输函数TF(n)的测量结果并将作为估计传输函数；所述滤波器长度设定子模块接收估计传输函数并进行成分分析，得到滤波器长度信息。
[0015]作为更进一步的解决方案，所述延时估计子模块接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)，执行如下步骤：
[0016]步骤A1：对麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)分别进行FFT变换，得到麦克变换数据块D
l
(k)、参考变换数据块X
l
(k)；其中k＝0,1,2
…
K为频点序号，K为FFT点数，且满足K>2*N，N表示每个数据块样点总数；
[0017]步骤A2：计算互功率谱并作归一化：
[0018][0019]其中，conj()表示取共轭；D
l
(k)表示麦克变换数据块；X
l
(k)表示参考变换数据块；
[0020]步骤A3：对互功率谱P
DX,l
(k)进行IFFT反变换，并进行峰值检测，得到最大值点τ
l
：
[0021]r
l
(n)＝iff(P
DX,l
(k))
[0022][0023]步骤A4：通过能量判定进行参考信号激活检测，若参考信号能量信号则参考信号激活检测结果为1，否则为0；
[0024]步骤A5：进行延时值有效性判断，将最大值点τ
l
映射成延时信息，并通过参考信号激活检测结果给出最终的延时信息出结果；其中，最大值点τ
l
只在参考信号激活检测结果
为1时映射为延时信息；否则进行舍弃，并保留输出上一次有效的延时信息。
[0025]作为更进一步的解决方案，所述最大值点τ
l
通过如下公式映射为可正可负的延时信息Δτ
l
：
[0026][0027]其中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有延时估计功能的回声消除系统，其特征在于，包括输入缓冲区、声学路径分析模块、缓冲区延时线处理及幅度调整模块、幅值检测模块、回声消除模块和输出缓冲区；输入缓冲区：持续接收输入数据流，并将连续的输入数据流分为等长的数据块；所述输入数据流包括麦克信号和参考信号，所述数据块包括麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)；其中，l＝1,2,3,
…
表示数据块序号，n＝0,1,2,
…
,N表示每个数据块样点序号，N表示每个数据块样点总数；声学路径分析模块：接收麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)，并进行声学路径分析处理，得到滤波器长度信息与延时调整信息；幅值检测模块：接收并检测计算麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)的相对幅度(db)数值，通过相对幅度(db)数值计算得到幅度调整信息；通过检测麦克数据块d
l
(n)截顶失真标志位判断是否发生截顶失真，得到截顶失真信息；缓冲区延时线处理及幅度调整模块：接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)、延时调整信息和幅度调整信息；根据延时调整信息对麦克数据块d
l
(n)或参考数据块x
l
(n)进行延时调整，根据幅度调整信息对参考数据块x
l
(n)进行幅度调整；输出调整后麦克数据块和调整后参考数据块回声消除模块：接收调整后麦克数据块调整后参考数据块滤波器长度信息和截顶失真信息；使用动态步长的自适应算法对调整后麦克数据块和调整后参考数据块进行逐点处理，通过截顶失真信息进行自适应滤波器系数更新，通过滤波器长度信息进行步长调整辅助变量更新，得到输出残差信号e(n)；输出缓冲区：接收输出残差信号e(n)，并进行数据重组，得到连续的音频数据流进行输出。2.根据权利要求1所述的一种带有延时估计功能的回声消除系统，其特征在于，所述声学路径分析模块包括输入缓冲区、延时估计子模块、缓冲区延时线处理子模块、房间传输函数估计子模块和滤波器长度设定子模块；所述输入缓冲区接收麦克信号和参考信号，并转换为麦克数据块d
l
(n和参考数据块x
l
(n)；所述延时估计子模块接收麦克数据块d
l
(n)和参考数据块x
l
(n)，并输出延时调整信息；所述缓冲区延时线处理子模块接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)和延时调整信息，并延时调整信息对麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)进行延时处理，得到初步延时对齐的麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)；所述房间传输函数估计子模块接收初步延时对齐的麦克数据块d
l
(n)与参考数据块x
l
(n)，通过LMS自适应算法得到对于真实传输函数TF(n)的测量结果并将作为估计传输函数；所述滤波器长度设定子模块接收估计传输函数并进行成分分析，得到滤波器长度信息。3.根据权利要求2所述的一种带有延时估计功能的回声消除系统，其特征在于，所述延时估计子模块接收麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)，执行如下步骤：步骤A1：对麦克数据块d
l
(n)、参考数据块x
l
(n)分别进行FFT变换，得到麦克变换数据块D
l
(k)、参考变换数据块X
l
(k)；其中k＝0,1,2
…
K为频点序号，K为FFT点数，且满足K>2*N，N表
示每个数据块样点总数；步骤A2：计算互功率谱并作归一化：其中，conj()表示取共轭；D
l
(k)表示麦克变换数据块；X
l
(k)表示参考变换数据块；步骤A3：对互功率谱P
DX,l
(k)进行IFFT反变换，并进行峰值检测，得到最大值点τ
l
：r
l
(n)＝iff(P
DX,l
(k))步骤A4：通过能量判定进行参考信号激活检测，若参考信号能量信号则参考信号激活检测结果为1，否则为0；步骤A5：进行延时值有效性判断，将最大值点τ
l
映射成延时信息，并通过参考信号激活检测结果给出最终的延时信息出结果；其中，最大值点τ
l
只在参考信号激活检测结果为1时映射为延时信息；否则进行舍弃，并保留输出上一次有效的延时信息。4.根据权利要求3所述的一种带有延时估计功能的回声消除系统，其特征在于，所述最大值点τ
l
通过如下公式映射为可正可负的延时信息Δτ
l
：其中，正值表明参考信号滞后于麦克信号|Δτ
l
|个样点，负值表明参考信号提前于麦克信号|Δτ
l
|个样点，K为FFT点数，τ
l
为最大值点。5.根据权利要求4所述的一种带有延时估计功能的回声消除系统，其特征在于，所述缓冲区延时线处理子模块通过如下公式进行延时调整处理：其中，表示延时调整处理后期望的参考信号提前于麦克信号延时值的样点个数；
‑
Δτ
l
表示当前参考信号提前于麦克信号的样点个数；ΔΔτ
l
表示当前参考信号达到...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡奎，姜黎，郭东风，高华能，
申请(专利权)人：杭州芯声智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：