基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法，涉及音視頻處理【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法是一種近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正方法，對(duì)設(shè)備的麥克風(fēng)和喇叭頻率變換先做一次標(biāo)定并生成一組頻率校正參數(shù)；設(shè)備運(yùn)行中先用之前標(biāo)定好的頻率校正參數(shù)先對(duì)采集的音頻信號(hào)做一次校正，再與自適應(yīng)濾波器模塊生成的估計(jì)回聲音頻信號(hào)相減實(shí)現(xiàn)回聲消除功能。本發(fā)明能夠很好地消除變頻后的回聲；簡(jiǎn)化自適應(yīng)濾波器計(jì)算量，具有更好的收斂性；適合處理長(zhǎng)回聲；減少了噪音和抑制。
【專利說(shuō)明】基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及音視頻處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]回聲是音頻系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題，回聲源自本地音頻環(huán)回。當(dāng)你的麥克風(fēng)拾取來(lái)自你的喇叭的音頻信號(hào)，并將信號(hào)與你的語(yǔ)音一起發(fā)送到另一端通話者時(shí)，將出現(xiàn)本地音頻環(huán)回；另一端通話者會(huì)聽(tīng)到自己在講話時(shí)語(yǔ)音的回聲。要完全消除回聲，一種最簡(jiǎn)單的方法就是使用耳機(jī)。耳機(jī)貼近通話者的耳部，播放音頻的音量較低，從而阻止了麥克風(fēng)拾取音頻信號(hào)，但在音頻會(huì)議系統(tǒng)中是不可能使用耳機(jī)的。
[0003]目前有很多方法解決了回聲消除的問(wèn)題，最為流行的方法有自適應(yīng)濾波回聲消除方法，但這種方法是需要有較好的喇叭和麥克風(fēng)來(lái)播放和采集音頻信號(hào)，使遠(yuǎn)端傳過(guò)來(lái)的音頻信號(hào)通過(guò)喇叭播放后被麥克風(fēng)采集使音頻信號(hào)在頻域上未發(fā)生較大改變，若使用低端的喇叭和麥克風(fēng)播放并采集音頻信號(hào)由于采集到的音頻信號(hào)在頻域上發(fā)生偏移導(dǎo)致近端音頻信號(hào)和估計(jì)回聲音頻信號(hào)不能夠很好的相抵消達(dá)到消除回聲目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
本發(fā)明針對(duì)喇叭設(shè)備導(dǎo)致的頻率偏差(由于喇叭放音品質(zhì)有偏差導(dǎo)致)，在喇叭播放遠(yuǎn)端音頻信號(hào)和麥克風(fēng)采樣時(shí)造成的頻率偏移，導(dǎo)致遠(yuǎn)端音頻信號(hào)通過(guò)自適應(yīng)濾波器生成的估計(jì)回聲音頻信號(hào)不能很好地與近端音頻信號(hào)攜帶的回聲相抵消。為解決這類問(wèn)題，提出近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正方法，對(duì)設(shè)備的麥克風(fēng)和喇叭頻率變換先做一次標(biāo)定并生成一組頻率校正參數(shù)。設(shè)備運(yùn)行中先用之前標(biāo)定好的頻率校正參數(shù)先對(duì)采集的音頻信號(hào)做一次校正，再與自適應(yīng)濾波器模塊生成的估計(jì)回聲音頻信號(hào)相減實(shí)現(xiàn)回聲消除功能。
[0006]具體地說(shuō)，本方法包括下列步驟:
①通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式獲取遠(yuǎn)端音頻信號(hào)；
②喇叭播放遠(yuǎn)端音頻信號(hào)，同時(shí)將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)輸入到自適應(yīng)濾波器模塊輸出估計(jì)回聲音頻信號(hào)；
③麥克風(fēng)采集近端說(shuō)話者的聲音和喇叭播放的聲音生成近端音頻信號(hào)；
④導(dǎo)入音頻校正參數(shù)，對(duì)近端音頻信號(hào)進(jìn)行一次校正，使近端音頻信號(hào)頻率逼近遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻率；
⑤校正后的近端音頻信號(hào)減去估計(jì)回聲音頻信號(hào)，獲得殘差音頻信號(hào)；
⑥殘差音頻信號(hào)通過(guò)非線性處理器模塊得到最終的去回聲音頻信號(hào)；
⑦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式將去回聲音頻信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)端。[0007]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①能夠很好地消除變頻后的回聲；
②簡(jiǎn)化自適應(yīng)濾波器模塊計(jì)算量具有更好的收斂性；
③適合處理長(zhǎng)回聲；
④減少了噪音和抑制。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖，
101—麥克風(fēng)，102—喇叭，103—存儲(chǔ)設(shè)備，
104—微處理器，105 —網(wǎng)絡(luò)控制器，106—電源；
圖2是自適應(yīng)濾波回聲消除算法流程圖；
圖3是喇叭和麥克風(fēng)信號(hào)頻率變化標(biāo)定流程圖；
圖4是回聲消除算法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明:
一、消除變頻回聲的系統(tǒng)
1、總體
如圖1，本系統(tǒng)包括麥克風(fēng)101、喇叭102、存儲(chǔ)設(shè)備103、微處理器104、網(wǎng)絡(luò)控制器105和電源106 ；
微處理器104分別與麥克風(fēng)101、喇叭102、存儲(chǔ)設(shè)備103和網(wǎng)絡(luò)控制器105 連接，控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行；
電源106分別與存儲(chǔ)設(shè)備103、網(wǎng)絡(luò)控制器105和微處理器104連接，提供 電壓電流。
[0010]2、功能部件 I)麥克風(fēng)101
麥克風(fēng)101用于采集近端說(shuō)話者的聲音和喇叭播放的聲音。
[0011]2)喇叭 102
喇叭102用于播放接收到的遠(yuǎn)端音頻信號(hào)。
[0012]3)存儲(chǔ)設(shè)備103
存儲(chǔ)設(shè)備103用于保存接收到的遠(yuǎn)端音頻信號(hào)，回聲消除時(shí)讀取存儲(chǔ)設(shè)備中103的遠(yuǎn)端音頻信號(hào)。
[0013]4)微處理器104
微處理器104是音視頻處理器(本發(fā)明應(yīng)用的測(cè)試平臺(tái)是TI的DM365)，其實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)存取、喇叭播放頻率和麥克風(fēng)采集頻率的控制，運(yùn)行自適應(yīng)濾波回聲消除算法實(shí)現(xiàn)回聲消除目的。
[0014]5)網(wǎng)絡(luò)控制器105
網(wǎng)絡(luò)控制器105用于近端設(shè)備與遠(yuǎn)端設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，通信方式為全雙工通信。
[0015]6)電源 106: 電源106用于給各個(gè)模塊提供電壓電流。
[0016]二、消除變頻回聲的方法
1、自適應(yīng)濾波回聲消除算法流程
自適應(yīng)濾波回聲消除算法流程是將音頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域進(jìn)行分析，引入快速傅里葉變換(FFT)和塊處理，將獲得可觀的計(jì)算量簡(jiǎn)化和更好的收斂性；采用分段塊頻域自適應(yīng)濾波器算法，收集足夠的處理數(shù)據(jù)，適合處理長(zhǎng)回聲。
[0017]具體地，如圖2，自適應(yīng)濾波回聲消除算法流程是:
近端音頻信號(hào)d(n)是由回聲混和近端說(shuō)話者的聲音和噪聲得到，遠(yuǎn)端音頻信號(hào)x(n)通過(guò)自適應(yīng)濾波器模塊A后產(chǎn)生估計(jì)回聲音頻信號(hào)y (η)，從近端音頻信號(hào)d(n)中減去估計(jì)回聲音頻信號(hào)y (η)得到殘差音頻信號(hào)e (η)，達(dá)到回聲消除的目的；最后通過(guò)殘差音頻信號(hào)e(n)更新自適應(yīng)濾波器模塊參數(shù)w(n)，使自適應(yīng)濾波器模塊產(chǎn)生的估計(jì)回聲音頻信號(hào)y (η)更加接近于真實(shí)回聲。
[0018]1、喇叭和麥克風(fēng)信號(hào)頻率變化標(biāo)定流程 如圖3，喇叭和麥克風(fēng)信號(hào)頻率變化標(biāo)定流程是:
在設(shè)備出廠前先對(duì)每臺(tái)設(shè)備做一次離線標(biāo)定，求得每臺(tái)設(shè)備頻率校正參數(shù)；
Α、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式獲取遠(yuǎn)端發(fā)送的音頻信號(hào)存入存儲(chǔ)設(shè)備103并通過(guò)喇叭102播放遠(yuǎn)端音頻信號(hào)-301，快速傅里葉變換(FFT)將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域-302，統(tǒng)計(jì)遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻域分布-303 ；
B、麥克風(fēng)101采集喇叭播放的音頻信號(hào)生成近端音頻信號(hào)-304，快速傅里葉變換(FFT)將采集生成的近端音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域-305，統(tǒng)計(jì)近端音頻信號(hào)頻域分布-306 ；
C、比較遠(yuǎn)端音頻信號(hào)和近端音頻信號(hào)的頻域分布，選擇多個(gè)頻段對(duì)頻率偏移變化進(jìn)行擬合，通過(guò)最小二乘法算法計(jì)算遠(yuǎn)端音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)喇叭102播放和麥克101采集生成近音頻信號(hào)后頻率的畸變系數(shù)-307 ；
D、將計(jì)算求得的音頻頻率校正參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出一份標(biāo)定參數(shù)文件-308。
[0019]2、回聲消除算法流程 如圖4，回聲消除算法流程是:
a、獲得遠(yuǎn)端音頻信號(hào)并存入存儲(chǔ)設(shè)備中-401；
b、快速傅里葉變換(FFT)將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域-402；
C、麥克風(fēng)采集近端說(shuō)話者的聲音和喇叭播放的遠(yuǎn)端音頻信號(hào)，由于設(shè)備的原因，在此處喇叭播放出來(lái)的聲音頻率發(fā)生了變化，麥克風(fēng)采集的音頻信號(hào)同樣也發(fā)生了變化，獲取到的近端信號(hào)頻域有偏移-403 ；
d、快速傅里葉變換(FFT)將近端音頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域-404;
e、從存儲(chǔ)設(shè)備中讀取離線標(biāo)定好的音頻校正參數(shù)-405；
f、近端音頻信號(hào)通過(guò)讀入的音頻校正參數(shù)校正得到與遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻率接近的新的近端音頻信號(hào)-406 ；
g、由于遠(yuǎn)端音頻信號(hào)通過(guò)回聲通道要經(jīng)過(guò)編碼、打包、壓縮的處理和空氣傳播設(shè)備采集等各方面會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間，這就必然會(huì)產(chǎn)生延時(shí)，而且這種延時(shí)還是在一定范圍內(nèi)隨機(jī)波動(dòng)的，這就增加了估計(jì)的難度，在自適應(yīng)濾波算法前需先估計(jì)當(dāng)前遠(yuǎn)端音頻信號(hào)的時(shí)延-407 ；
h、自適應(yīng)濾波器模塊是以遠(yuǎn)端音頻信號(hào)和估計(jì)回聲音頻信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性的估計(jì)為依據(jù)，采取自適應(yīng)算法自動(dòng)地調(diào)整濾波器系數(shù)，使其達(dá)到最佳濾波特性的一種算法。自適應(yīng)濾波器可變加權(quán)系數(shù)和自動(dòng)調(diào)整系數(shù)的機(jī)構(gòu)組成。自適應(yīng)濾波器對(duì)輸入的遠(yuǎn)端音頻信號(hào)的每一個(gè)樣值按特定的算法更新、調(diào)整加權(quán)系數(shù)，使輸出的估計(jì)回聲音頻信號(hào)與期望輸出音頻信號(hào)相比較，即輸出估計(jì)回聲音頻信號(hào)逼近期望音頻信號(hào)-408 ；
1、校正后的近端音頻信號(hào)減去估計(jì)回聲音頻信號(hào)得到最終的消除回聲的麥克風(fēng)采集到的音頻信號(hào)，編碼、打包、壓縮的處理后發(fā)送到遠(yuǎn)端設(shè)備-409。
【權(quán)利要求】
1.基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法，其特征在于: ①通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式獲取遠(yuǎn)端音頻信號(hào)； ②喇叭播放遠(yuǎn)端音頻信號(hào)，同時(shí)將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)輸入到自適應(yīng)濾波器模塊輸出估計(jì)回聲音頻信號(hào)； ③麥克風(fēng)采集近端說(shuō)話者的聲音和喇叭播放的聲音生成近端音頻信號(hào)； ④導(dǎo)入音頻校正參數(shù)，對(duì)近端音頻信號(hào)進(jìn)行一次校正，使近端音頻信號(hào)頻率逼近遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻率； ⑤校正后的近端音頻信號(hào)減去估計(jì)回聲音頻信號(hào)，獲得殘差音頻信號(hào)； ⑥殘差音頻信號(hào)通過(guò)非線性處理器模塊得到最終的去回聲音頻信號(hào)； ⑦通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式將去回聲音頻信號(hào)發(fā)送到遠(yuǎn)端。
2.按權(quán)利要求1所述的基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法，其特征在于自適應(yīng)濾波回聲消除算法流程是:
近端音頻信號(hào)d(n)是由回聲混和近端說(shuō)話者的聲音和噪聲得到，遠(yuǎn)端音頻信號(hào)x(n)通過(guò)自適應(yīng)濾波器模塊后產(chǎn)生估計(jì)回聲音頻信號(hào)y (η)，從近端音頻信號(hào)d(n)中減去估計(jì)回聲音頻信號(hào)y(n)得到殘差音頻信號(hào)e(n)，達(dá)到回聲消除的目的；最后通過(guò)殘差音頻信號(hào)e (η)更新自適應(yīng)濾波器模塊參數(shù)w (η)，使自適應(yīng)濾波器模塊產(chǎn)生的估計(jì)回聲音頻信號(hào)y(η)更加接近于真實(shí)回聲。
3.按權(quán)利要求1所述的基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法，其特征在于喇叭和麥克風(fēng)信號(hào)頻率變化標(biāo)定流程是: Α、通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或其他通訊方式獲取遠(yuǎn)端發(fā)送的音頻信號(hào)存入存儲(chǔ)設(shè)備(103)并通過(guò)喇口八(102)播放遠(yuǎn)端音頻信號(hào)(301)，快速傅里葉變換將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域(302)，統(tǒng)計(jì)遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻域分布(303)； B、麥克風(fēng)(101)采集喇叭播放的音頻信號(hào)生成近端音頻信號(hào)(304)，快速傅里葉變換將采集生成的近端音頻信號(hào)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域(305)，統(tǒng)計(jì)近端音頻信號(hào)頻域分布(306); C、比較遠(yuǎn)端音頻信號(hào)和近端音頻信號(hào)的頻域分布，選擇多個(gè)頻段對(duì)頻率偏移變化進(jìn)行擬合，通過(guò)最小二乘法算法計(jì)算遠(yuǎn)端音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)喇叭(102)播放和麥克風(fēng)(101)采集生成近音頻信號(hào)后頻率的畸變系數(shù)(307)； D、將計(jì)算求得的音頻頻率校正參數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)出一份標(biāo)定參數(shù)文件(308)。
4.按權(quán)利要求1所述的基于近端音頻信號(hào)標(biāo)定和修正的消除變頻回聲的方法，其特征在于回聲消除算法流程是: a、獲得遠(yuǎn)端音頻信號(hào)并存入存儲(chǔ)設(shè)備(103)中(401)； b、快速傅里葉變換將遠(yuǎn)端音頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域(402)； C、麥克風(fēng)(101)獲取近端信號(hào)(頻域發(fā)生偏移)(403); d、快速傅里葉變換將近端音頻信號(hào)從時(shí)域變換到頻域(404)； e、從存儲(chǔ)設(shè)備(103)中讀取離線標(biāo)定好的音頻校正參數(shù)(405)； f、近端音頻信號(hào)通過(guò)讀入的音頻校正參數(shù)校正得到與遠(yuǎn)端音頻信號(hào)頻率接近的新的近端音頻信號(hào)(406)； g、估計(jì)當(dāng)前遠(yuǎn)端音頻信號(hào)的時(shí)延-407； h、自適應(yīng)濾波器模塊輸出估計(jì)回聲音頻信號(hào)逼近期望音頻信號(hào)-408；. 1、校正后的近端音頻信號(hào)減估計(jì)回聲音頻信號(hào)得到最終的消除回聲的麥克風(fēng)(101)采集到的音頻信號(hào)，編碼、打包、壓縮的處理 后發(fā)送到遠(yuǎn)端設(shè)備(409)。
【文檔編號(hào)】H04M3/56GK103561184SQ201310539728
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】吳超斌, 楊軍 申請(qǐng)人:武漢烽火眾智數(shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司