本發(fā)明涉及一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)，屬于音頻設(shè)備去噪技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在日常生活中，當(dāng)人們以免提方式通話并且手機(jī)間相隔較近，或者話筒與音箱同時(shí)使用且音響系統(tǒng)重放的聲音能夠通過(guò)空間傳到話筒時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)就會(huì)形成正反饋從而自激發(fā)出刺耳的嘯叫聲，嚴(yán)重影響通話質(zhì)量。同時(shí)，自激時(shí)功率放大器會(huì)產(chǎn)生很大的功率輸出，可能會(huì)超出擴(kuò)聲設(shè)備的承受范圍，燒壞功率放大器和發(fā)聲設(shè)備。

現(xiàn)有的嘯叫聲消除方法通常是采用基于陷波器或者反向抵消原理設(shè)計(jì)的硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，不僅具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可移植性差、成本高的缺點(diǎn)；而且，隨著設(shè)備和外界環(huán)境的變化，嘯叫聲的反饋點(diǎn)頻率可能會(huì)發(fā)生變化，參數(shù)固定的電路就難以自適應(yīng)跟蹤其變化。

因此有必要設(shè)計(jì)一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)，以克服上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，提供了一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)，其運(yùn)算復(fù)雜度小，適用于智能手機(jī)、視頻會(huì)議、車載通信等系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的基于硬件電路方式的實(shí)現(xiàn)，具有可移植性強(qiáng)、適用范圍廣、成本低的優(yōu)點(diǎn)，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)既可以去除嘯叫聲，又可以最大限度地保護(hù)語(yǔ)音。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)，包括vad判決模塊、sfm特征計(jì)算模塊、sfm閾值比較模塊以及bfdaf濾波模塊；信號(hào)輸入至所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)后，先經(jīng)過(guò)所述vad判決模塊，若輸入信號(hào)為靜音或者清音，則vad判決結(jié)果為無(wú)信號(hào)，此時(shí)所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)直接將幀信號(hào)輸出；若輸入信號(hào)為濁音或者嘯叫聲，則vad判決結(jié)果為有信號(hào)，此時(shí)將本幀信號(hào)輸入sfm特征計(jì)算模塊進(jìn)行處理；所述sfm特征計(jì)算模塊對(duì)輸入信號(hào)提取sfm特征參數(shù)，然后通過(guò)sfm閾值比較模塊將提取的sfm特征參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若提取的sfm特征參數(shù)大于預(yù)先設(shè)定的閾值，則表明信號(hào)為非嘯叫聲，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)直接將信號(hào)輸出；若該sfm特征參數(shù)小于或等于該預(yù)先設(shè)定的閾值，則表明信號(hào)為嘯叫聲，此時(shí)將信號(hào)輸入bfdaf濾波模塊；所述bfdaf濾波模塊通過(guò)自適應(yīng)濾波將嘯叫聲去除，然后將濾波后的信號(hào)輸出。

進(jìn)一步地，所述vad判決模塊使用的判決方法為基于短時(shí)過(guò)零率和短時(shí)能量的門(mén)限法、 基于頻帶方差的檢測(cè)法、基于譜熵的檢測(cè)法、基于小波變換或emd分解的檢測(cè)法。

進(jìn)一步地，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)用sfm特征參數(shù)來(lái)檢測(cè)嘯叫聲，sfm特征參數(shù)的提取采用自相關(guān)、周期圖或ar模型譜的方法。

進(jìn)一步地，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)采用自適應(yīng)濾波器濾除嘯叫聲，自適應(yīng)濾波器的目標(biāo)信號(hào)為輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲后的信號(hào)，自適應(yīng)濾波器類型為bfdaf濾波器。

本發(fā)明具有以下有益效果：

所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)通過(guò)vad判決模塊、sfm特征計(jì)算模塊、sfm閾值比較模塊以及bfdaf濾波模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行嘯叫聲檢測(cè)和消除，屬于純軟件控制，其運(yùn)算復(fù)雜度小，適用于智能手機(jī)、視頻會(huì)議、車載通信等系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的基于硬件電路方式的實(shí)現(xiàn)，具有可移植性強(qiáng)、適用范圍廣、成本低的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)處理后的信號(hào)，其中包含的嘯叫聲將被去除，而又最大限度地保護(hù)了語(yǔ)音。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)的框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的bfdaf濾波模塊的框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)(后面簡(jiǎn)稱本系統(tǒng))，包括vad判決模塊、sfm特征計(jì)算模塊、sfm閾值比較模塊以及bfdaf濾波模塊。

一幀信號(hào)輸入至所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)后，先經(jīng)過(guò)vad判決模塊，若輸入信號(hào)為靜音或者清音，則vad判決結(jié)果為無(wú)信號(hào)，此時(shí)所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)直接將該幀信號(hào)輸出；若輸入信號(hào)為濁音或者嘯叫聲，則vad判決結(jié)果為有信號(hào)，此時(shí)將本幀信號(hào)輸入至sfm特征計(jì)算模塊進(jìn)行處理。

所述sfm特征計(jì)算模塊對(duì)輸入的一幀信號(hào)提取sfm特征參數(shù)，然后通過(guò)sfm閾值比較 模塊將提取的sfm特征參數(shù)與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，若該sfm特征參數(shù)大于該預(yù)先設(shè)定的閾值，則表明信號(hào)為非嘯叫聲，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)直接將該幀信號(hào)輸出；若該sfm特征參數(shù)小于或等于該預(yù)先設(shè)定的閾值，則表明信號(hào)為嘯叫聲，此時(shí)將本幀信號(hào)輸入至bfdaf濾波模塊。

所述bfdaf濾波模塊通過(guò)自適應(yīng)濾波將嘯叫聲去除，然后將濾波后的信號(hào)輸出。經(jīng)過(guò)本系統(tǒng)處理后的信號(hào)，其中包含的嘯叫聲將被去除，而又最大限度地保護(hù)了語(yǔ)音。

以下對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)描述：

1.vad判決模塊：活動(dòng)語(yǔ)音檢測(cè)(voiceactivitydetection，vad)，又稱端點(diǎn)檢測(cè)，是對(duì)語(yǔ)音信號(hào)中的有聲片段和無(wú)聲片段進(jìn)行分類。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中，只對(duì)有聲段進(jìn)行檢測(cè)和處理，對(duì)無(wú)聲段不進(jìn)行處理。這一方面可以降低運(yùn)算復(fù)雜度，另一方面也可以防止靜音和清音對(duì)自適應(yīng)濾波器的影響。vad判決模塊是數(shù)字語(yǔ)音處理系統(tǒng)模塊，其判決方法有基于短時(shí)過(guò)零率和短時(shí)能量的門(mén)限法、基于頻帶方差的檢測(cè)法、基于譜熵的檢測(cè)法、基于小波變換或emd分解(經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解)的檢測(cè)法等，但不限于上述方法。本系統(tǒng)的vad判決模塊采用其中一種方法，只要該方法能夠?qū)㈧o音和清音同濁音和嘯叫聲區(qū)分即可。

2.sfm(譜平坦度度量)特征計(jì)算模塊和sfm閾值比較模塊：

sfm用于表征信號(hào)頻譜的分布特征。嘯叫聲信號(hào)的頻譜特性同語(yǔ)音信號(hào)相比，兩者有比較明顯的差異，而sfm參數(shù)能夠很好的表征兩者之間的差異，因此本系統(tǒng)選擇sfm參數(shù)來(lái)區(qū)分語(yǔ)音和嘯叫聲。本系統(tǒng)用sfm特征參數(shù)來(lái)檢測(cè)嘯叫聲，sfm特征參數(shù)的提取可以采用自相關(guān)、周期圖、ar模型譜等方法，但不限于上述方法。

假定輸入信號(hào)x(n)的功率譜密度函數(shù)為sxx(e^jω)，定義譜平坦度度量sfm為：

式(1)中exp[·]表示以自然數(shù)e為底的指數(shù)運(yùn)算。

為了方便sfm參數(shù)的計(jì)算，我們將功率譜密度函數(shù)sxx(e^jω)在(0，π)間隔內(nèi)分成n個(gè)寬度為δω＝π/n的部分，則功率譜密度函數(shù)的樣值為：

其中

則有：

在sfm參數(shù)的計(jì)算過(guò)程中，我們用到了psd函數(shù)sxx(e^jω)，其表征了信號(hào)的功率和頻率的函數(shù)關(guān)系。

在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，psd函數(shù)sxx(e^jω)的計(jì)算采用了自相關(guān)函數(shù)法，在其它實(shí)施例中，也可以采用其它計(jì)算方法，如周期圖法、ar模型譜估計(jì)等方法。對(duì)于平穩(wěn)信號(hào)而言，功率譜密度函數(shù)和acf構(gòu)成了一對(duì)傅里葉變換，因此可以通過(guò)acf來(lái)計(jì)算功率譜密度函數(shù)。自相關(guān)函數(shù)的計(jì)算rxx(τ)的計(jì)算公式為：

得到了自相關(guān)函數(shù)rxx(τ)后，功率譜密度函數(shù)sxx(e^jω)的計(jì)算如下：

在計(jì)算得到sfm參數(shù)后，將其同預(yù)先設(shè)定的閾值α相比較，如果sfm＞α，則表明信號(hào)為非嘯叫聲，此時(shí)系統(tǒng)直接將該幀信號(hào)輸出。如果sfm≤α，則表明信號(hào)為嘯叫聲，此時(shí)將本幀信號(hào)繼續(xù)輸入至bfdaf(塊頻域自適應(yīng)濾波)濾波模塊進(jìn)行處理。

3.bfdaf濾波模塊：自適應(yīng)濾波器是一種能夠自動(dòng)調(diào)整本身參數(shù)的濾波器，在設(shè)計(jì)時(shí)不需要事先知道關(guān)于輸入信號(hào)和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性的知識(shí)，它能夠在自己工作的過(guò)程中逐漸估計(jì)出所需的統(tǒng)計(jì)特性，并以此為依據(jù)自動(dòng)調(diào)整濾波器參數(shù)，以達(dá)到最佳濾波效果。一旦輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性發(fā)生變化，它又能夠跟蹤這種變化，自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使濾波器性能重新達(dá)到最佳。

自適應(yīng)lms(最小均方)算法是一種誤差信號(hào)對(duì)橫向自適應(yīng)濾波器權(quán)系數(shù)進(jìn)行更新控制的遞歸算法，該算法簡(jiǎn)單、穩(wěn)健性也比較好。但是，lms針對(duì)每一個(gè)輸入樣本進(jìn)行誤差計(jì)算和權(quán)值更新，算法的運(yùn)算復(fù)雜度比較高，難以達(dá)到實(shí)時(shí)應(yīng)用。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用bfdaf濾波模塊來(lái)進(jìn)行嘯叫聲消除。

不同于lms算法在時(shí)域?yàn)V波，bfdaf算法在頻率濾波。bfdaf算法將參考信號(hào)分割成n(自適應(yīng)濾波器長(zhǎng)度)長(zhǎng)的塊，權(quán)系數(shù)的更新每n個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行一次，而每次的更新是由n個(gè)誤差信號(hào)樣點(diǎn)累加結(jié)果控制，這既保證了其與lms算法有相同的收斂速度，同時(shí)可以利用快速fft用序列的循環(huán)卷積來(lái)計(jì)算線性卷積，從而大幅度地減少運(yùn)算量。

如圖2，給出了本發(fā)明提出的bfdaf濾波模塊的系統(tǒng)框圖，bfdaf濾波模塊包括一bfdaf濾波器。其中，本系統(tǒng)采用自適應(yīng)濾波濾除嘯叫聲，自適應(yīng)濾波器的目標(biāo)信號(hào)為輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)延遲后的信號(hào)，自適應(yīng)濾波器類型為bfdaf濾波器。

算法將輸入序列分割為幀長(zhǎng)為n的塊，定義輸入信號(hào)矢量xk、權(quán)向量wk和參考信號(hào)矢量dk分別為：

式(7)中k為幀序號(hào)，t為矩陣轉(zhuǎn)置符，相應(yīng)的濾波器的輸出也為n長(zhǎng)的塊，即：

bfdaf濾波器輸出y(n)的第k塊實(shí)際上是輸入x(n)的第k塊與第k塊對(duì)應(yīng)的wk(在第k幀內(nèi)保持不變)的線性卷積：

為了高效計(jì)算式(9)，我們采用fft變換將線性卷積轉(zhuǎn)換為循環(huán)卷積。為此我們定義一個(gè)2n點(diǎn)長(zhǎng)度的頻率權(quán)系數(shù)矢量wk，即：

則有：

式(11)和式(12)中fft[.]和ifft[.]分別代表fft正變換和逆變換，表示兩個(gè)矢量對(duì)應(yīng)的維數(shù)分量相乘。

[ykn，ykn+1，…，ykn+n-1]＝y(tǒng)′(n)n≤n≤2n-1(13)

同時(shí)，權(quán)系數(shù)每幀更新一次，而且更新量為一幀n個(gè)樣本點(diǎn)更新量的累加和，即：

式(14)中μ為加權(quán)系數(shù)，針對(duì)zk有：

針對(duì)有：

式(16)中可以看作誤差序列與輸入序列的互相關(guān)函數(shù)值，其計(jì)算可以借助循環(huán)卷積完成。為此，定義誤差ek矢量：

則有：

式(18)中conj(·)表示取復(fù)數(shù)的共軛，經(jīng)過(guò)bfdaf系統(tǒng)濾波后最后的輸出信號(hào)矢量ek為：

ek＝(dkn-ykn，dkn+1-ykn+1，…，dkn+n-1-ykn+n-1)(19)。

綜上所述，所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)通過(guò)vad判決模塊、sfm特征計(jì)算模塊、sfm閾值比較模塊以及bfdaf濾波模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行嘯叫聲檢測(cè)和消除，屬于純軟件控制，其運(yùn)算復(fù)雜度小，適用于智能手機(jī)、視頻會(huì)議、車載通信等系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)的基于硬件電路方式的實(shí)現(xiàn)，具有可移植性強(qiáng)、適用范圍廣、成本低的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)所述嘯叫聲檢測(cè)和消除系統(tǒng)處理后的信號(hào)，其中包含的嘯叫聲將被去除，而又最大限度地保護(hù)了語(yǔ)音。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。