時頻域聯合回聲消除裝置及方法
2023-06-22 04:23:06 1
專利名稱：時頻域聯合回聲消除裝置及方法
技術領域：
本發明涉及回聲消除技術領域，具體地說，涉及一種時頻域聯合回聲消除裝置及 方法。
背景技術：
語音通訊中，受話器的信號經過線路反射和聲學反射，會串入送話器接收信號中， 並饋送到遠端，使遠端聽到回聲。回聲會給通話雙方造成極大幹擾，影響通話質量，嚴重時 甚至引起嘯叫，不僅完全無法通話，還可能傷害通訊設備。為保證通話質量和設備安全，通常在語音通訊中對回聲進行抑制。回聲消除的原 理是回聲信號是受話器信號經由電聲轉換為實際聲音信號播放出來，再經過環境反射產 生的。受話器的電聲轉化過程和環境反射都可以看成是濾波過程，因此回聲信號可以看作 是受話器信號經過一個特定的濾波器產生的。傳統方法是設計合適的濾波器來進行回聲消除，從而將回聲信號從受話器信號中 消去，避免回聲幹擾通訊。實際環境中的反射環境是實時變化的，濾波器必須能跟蹤這種變 化。因此通常採用自適應濾波器作為回聲路徑消除濾波器來進行回聲消除。濾波器可以通 過比較受話器信號和送話器信號，自動實時跟蹤回聲反射環境的變化，得到準確的回聲路 徑，消除回聲。自適應濾波器的設計難點在於1、實際反射環境是時變的，當反射環境發生改變， 濾波器必須能夠及時跟上，也就是反應速度要快。2、反射環境比較複雜，回聲路徑較長時， 濾波器需要能體現反射環境的細節，準確的模擬回聲路徑，讓回聲消除效果更大，回聲殘留 儘可能小。3、近端存在噪聲和語音時，濾波器應不受幹擾。概括起來，濾波器設計要求，就 是快速，準確，穩健。傳統的自適應濾波一般採取時域或者頻域的形式，頻域自適應濾波包括傅 立葉變換自適應濾波、子帶自適應濾波和其他時頻變換形式的自適應濾波(如專利 申請200910025855、專利申請200780001928,專利申請200580003444和專利申請 200610144055)。時域濾波器對回聲反應速度快，可以迅速跟蹤回聲環境，但會有較多的回 聲殘留。頻域自適應濾波，可以使濾波器的更新更為精細，回聲殘留低，但反應速度較慢，當 通話環境改變瞬間，回聲會明顯變大，影響通話。單一的濾波器難以兼顧反應速度問題和回聲殘留問題。因此在高性能回聲消除 系統中採用多濾波器進行聯合回聲消除。專利申請200780020102中採用了多濾波器並聯 收斂的方式，任一時刻選取其中回聲消除性能最好的一個作為主濾波器用於回聲消除，多 濾波器中某些濾波器的更新策略是跟蹤速度優先，某些的更新策略是回聲路徑估計精度優 先。然而，這種採用並聯結構的方法，需要準確地判斷各個不同性能的濾波器的收斂情況， 並在不同時刻選取當前最優的濾波器間進行切換，因此，存在因邏輯複雜而導致系統結構 不易實現和穩定性差。
發明內容
為了解決現有技術中所存在的上述問題，本發明提供一種時頻域聯合回聲消除方 法及裝置，所述方法通過採用時域和頻域濾波器級聯的回聲消除器，利用時域和頻域濾波 器中的一個先消去一部分回聲，再利用時域和頻域濾波器中的另一個對經回聲消除的信號 再次進行回聲消除，從而實現對回聲反射環境的快速反應而且回聲殘留少，整體提高了回 聲消除效果，同時所述時頻域聯合回聲消除裝置的結構簡單、易於實現。根據本發明的一方面，提供了一種時頻域聯合回聲消除方法，其包括如下步驟接收輸入的受話器信號和送話器信號；利用第一回聲消除器，基於所接收的受話器信號，對所接收到的送話器信號進行 回聲消除，以得到第一回聲消除信號；利用第二回聲消除器，基於所接收到的受話器信號，對所述第一回聲消除信號再 次進行回聲消除，以得到第二回聲消除信號，其中，第二回聲消除器的第二濾波器的濾波器參數是基於所述受話器信號和第二 回聲消除信號更新的，所述第一回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中之一， 所述第二回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的另一個，所述第一回聲消除 器包括第一濾波器，所述第二回聲消除器包括第二濾波器，其中，所述第一和第二濾波器分 別是與所述第一和第二回聲消除器對應的時域濾波器或頻域濾波器。優選地，在所述第一回聲消除器是時域回聲消除器時，所述利用第一回聲消除器 進行回聲消除的步驟包括將所述受話器信號與所述第一濾波器的濾波器參數進行卷積，以得到第一回聲信 號；從所接收的送話器信號中減去所述第一回聲信號，以得到所述第一回聲消除信號。優選地，所述第一濾波器的濾波器參數基於所述受話器信號以及所述第一回聲消 除信號進行更新。優選地，所述第一濾波器的濾波器參數的更新基於下述公式E(x2) *c, υ S C ^ 1h (1) new = h (1)。ld+ Ah(I),L^ 1 ^ 1其中，1表示所述第一濾波器的第1個權值，Ah(I)表示所述第一濾波器的濾波器 參數的更新量，η表示當前時刻，x(n-l+l)表示所述受話器信號χ在n-1+l時刻的採樣值， et(n)表示在當前時刻的所述時域回聲消除信號，h表示更新後的所述第一濾波器的 濾波器參數，h (1)。ld表示更新前的所述第一濾波器的濾波器參數，L表示所述第一濾波器的 長度，c表示常數。優選地，所述第二濾波器的濾波器參數的更新包括以下步驟將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號從時域變換到頻域；基於變換到頻域的所述受話器信號和所述第二回聲消除信號，計算第二濾波器的 更新步長和基準更新量；將所述第二濾波器的更新步長與基準更新量相乘，以得到第二濾波器的濾波器參數的更新量；基於所述第二濾波器的濾波器參數的更新量和所述第一濾波器的濾波器參數的 更新量，對所述第二濾波器的濾波器參數進行更新。優選地，所述第二濾波器的更新步長是按照下述公式計算出的其中，k表示頻率點，C[k]表示所述第二濾波器的更新步長，X[k]表示所述變換到 頻域後的受話器信號，Ef [k]表示變換到頻域的所述第二回聲消除信號。優選地，在將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號從時域變換到頻域之前， 利用數據緩存器分別將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號組成數據幀，並按照
權利要求
1.一種時頻域聯合回聲消除方法，包括 接收輸入的受話器信號和送話器信號；利用第一回聲消除器，基於所接收的受話器信號，對所接收到的送話器信號進行回聲 消除，以得到第一回聲消除信號；利用第二回聲消除器，基於所接收到的受話器信號，對所述第一回聲消除信號再次進 行回聲消除，以得到第二回聲消除信號，其中，第二回聲消除器的第二濾波器的濾波器參數是基於所述受話器信號和第二回聲 消除信號更新的，所述第一回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中之一，所述 第二回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的另一個，所述第一回聲消除器包 括第一濾波器，所述第二回聲消除器包括第二濾波器，其中，所述第一和第二濾波器分別是 與所述第一和第二回聲消除器對應的時域濾波器或頻域濾波器。
2.如權利要求1所述的方法，其中，在所述第一回聲消除器是時域回聲消除器時，所述 利用第一回聲消除器進行回聲消除的步驟包括將所述受話器信號與所述第一濾波器的濾波器參數進行卷積，以得到第一回聲信號； 從所接收的送話器信號中減去所述第一回聲信號，以得到所述第一回聲消除信號。
3.如權利要求2所述的方法，其中，所述第一濾波器的濾波器參數基於所述受話器信 號以及所述第一回聲消除信號進行更新。
4.如權利要求3所述的方法，其中，所述第一濾波器的濾波器參數的更新基於下述公式E(x2) *C'° ^ C ^ 1h⑴new = h(l)old+Ah(l)，L 彡 1 彡 1其中，1表示所述第一濾波器的第1個權值，Ah(I)表示所述第一濾波器的濾波器參數 的更新量，η表示當前時刻，x(n-l+l)表示所述受話器信號χ在n-1+l時刻的採樣值，et (η) 表示在當前時刻的所述時域回聲消除信號，h(l)MW表示更新後的所述第一濾波器的濾波器 參數，h(l)。ld表示更新前的所述第一濾波器的濾波器參數，L表示所述第一濾波器的長度， c表示常數。
5.如權利要求2所述的方法，其中，所述第二濾波器的濾波器參數的更新包括以下步驟將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號從時域變換到頻域； 基於變換到頻域的所述受話器信號和所述第二回聲消除信號，計算第二濾波器的更新 步長和基準更新量；將所述第二濾波器的更新步長與基準更新量相乘，以得到第二濾波器的濾波器參數的 更新量；基於所述第二濾波器的濾波器參數的更新量和所述第一濾波器的濾波器參數的更新 量，對所述第二濾波器的濾波器參數進行更新。
6.如權利要求5所述的方法，其中，所述第二濾波器的更新步長是按照下述公式計算 出的
7.如權利要求5所述的方法，其中，在將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號從 時域變換到頻域之前，利用數據緩存器分別將所述受話器信號和所述第二回聲消除信號組 成數據幀，並按照下述公式更新所述第二濾波器的濾波器參數
8.如權利要求2所述的方法，其中，所述第二回聲消除器進行回聲消除的步驟包括 將所述變換到頻域的受話器信號與所述第二濾波器的濾波器參數相乘，以得到第二回聲信號；將所述第二回聲信號從頻域變換到時域；從所述第一回聲消除信號中減去變換到時域的所述第二回聲信號，以得到第二回聲消 除信號。
9.如權利要求1所述的方法，其中，在所述第一回聲消除器是頻域回聲消除器的情況 下，所述利用第一回聲消除器進行回聲消除的步驟包括將所述受話器信號從時域變換到頻域；將變化到頻域的受話器信號與第一濾波器的濾波器參數相乘，以得到第一回聲信號； 將所述第一回聲信號從頻域變換到時域；從所接收的送話器信號中減去變換到時域的所述第一回聲信號，以得到所述第一回聲 消除信號。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述第一濾波器的濾波器參數的更新包括以下步驟將所述第一回聲消除信號從時域變換到頻域；基於變換到頻域的所述受話器信號和所述第一回聲消除信號，計算第一濾波器的更新 步長和基準更新量；將所述第一濾波器的更新步長與基準更新量相乘，以得到第一濾波器的濾波器參數的 更新量；基於所述第一濾波器的濾波器參數的更新量，對所述第一濾波器的濾波器參數進行更新。
11.如權利要求10所述的方法，其中，所述第一濾波器的更新步長按照下述公式計算出
12.如權利要求10所述的方法，其中，在將所述受話器信號和所述第一回聲消除信號 從時域變換到頻域之前，利用數據緩存器分別將所述受話器信號和所述第一回聲消除信號 組成數據幀，並按照下述公式更新所述第一濾波器的濾波器參數
13.如權利要求10所述的方法，其中，所述第二濾波器的濾波器參數基於所述受話器 信號以及所述第二回聲消除信號進行更新。
14.如權利要求10所述的方法，其中，按照下述公式更新所述第二濾波器的濾波器參數
15.如權利要求12所述的方法，其中，並按照下述公式更新所述第二濾波器的濾波器 參數
16.如權利要求9所述的方法，其中，所述第二回聲消除器進行回聲消除的步驟包括 將所述受話器信號與所述第二濾波器的濾波器參數進行卷積，以得到第二回聲信號； 從所述第一回聲消除信號中減去所述第二回聲信號，以得到第二回聲消除信號。
17.—種時頻域聯合回聲消除裝置，包括第一回聲消除器，接收輸入的受話器信號和送話器信號，基於所接收的受話器信號，對 所接收到的送話器信號進行回聲消除，以得到第一回聲消除信號；第二回聲消除器，與第一回聲消除器級聯，基於所接收到的受話器信號，對所述第一回 聲消除信號再次進行回聲消除，以得到第二回聲消除信號，其中，所述第一回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的一個，所述第二 回聲消除器是時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的另一個，所述第一回聲消除器包括第 一濾波器，第二回聲消除器包括第二濾波器，其中，所述第一和第二濾波器分別是與所述第 一和第二回聲消除器對應的時域濾波器或頻域濾波器，其中，所述第二濾波器的濾波器參數是基於所述受話器信號和所述第二回聲消除信號 來更新的。
18.如權利要求17所述的裝置，其中，所述第一濾波器或所述第二濾波器用於基於所 述受話器信號和所述濾波器的濾波器參數來計算第一或第二回聲信號。
19.如權利要求18所述的裝置，其中，所述頻域回聲消除器進一步包括加法器，用於從所述頻域回聲消除器接收到的信號中減去變換到時域的所述頻域濾波 器輸出的回聲信號，以輸出經過所述頻域回聲消除器處理後的回聲消除信號；頻域濾波器控制器，與所述頻域濾波器連接，用於基於所述受話器信號以及所述頻域 濾波器輸出的回聲消除信號，計算所述頻域濾波器的濾波器參數的更新，將所述更新量輸 出到所述頻域濾波器；時域頻域信號轉換器，與頻域濾波器和頻域濾波控制器相連，用於將接收到的時域信 號變換到頻域；以及頻域時域信號轉換器，與頻域濾波器相連，用於將接收到的頻域信號變換到時域。
20.如權利要求19所述的裝置，其中，所述頻域回聲消除器進一步包括數據緩存器，與時域頻域信號轉換器相連，用於將所述受話器信號和所述頻域回聲消 除器輸出的回聲消除信號組成數據幀。
21.如權利要求19所述的裝置，其中，在所述頻域回聲消除器用作第一回聲消除器時， 所述加法器從所接收到的所述送話器信號中減去所述變換到時域的第一回聲信號，以得到 所述第一回聲消除信號。
22.如權利要求21所述的裝置，其中，所述頻域濾波器控制器進一步與所述時域濾波 器相連，並將所述更新量輸出到所述時域濾波器，所述時域濾波器控制器還基於所述頻域 濾波器的濾波器參數的更新量來更新所述時域濾波器的濾波器參數。
23.如權利要求19所述的裝置，其中，在所述頻域回聲消除器用作第二回聲消除器時， 所述頻域濾波器的濾波器參數是所述頻域濾波器控制器基於所述受話器信號和所述第一 回聲消除信號以及所述時域濾波器的濾波器參數的更新量來進行更新，並且所述加法器從 所接收到的所述第一回聲消除信號中減去所述變換到時域的第二回聲信號，以得到所述第 二回聲消除信號。
24.如權利要求18所述的裝置，其中，所述時域回聲消除器進一步包括加法器，用於從所述時域回聲消除器接收的信號中減去所述時域濾波器的輸出的回聲 消除信號，以輸出經過所述時域回聲消除器處理後的回聲消除信號；以及時域濾波器控制器，與所述時域濾波器連接，用於基於所述受話器信號以及所述時域 濾波器輸出的回聲消除信號，計算所述時域濾波器的濾波器參數的更新量，並將所述更新 量輸出到所述時域濾波器。
25.如權利要求M所述的裝置，其中，在所述時域回聲消除器用作第一回聲消除器時， 所述時域濾波器控制器進一步與所述頻域濾波器相連，並將所述更新量輸出到所述頻域濾波器；並且所述加法器從所接收到的所述送話器信號中減去所述第一回聲信號，以得到所述第一 回聲消除信號。
26.如權利要求M所述的裝置，其中，在所述時域回聲消除器用作第二回聲消除器時， 所述加法器從所接收到的所述第一回聲消除信號中減去所述第二回聲信號，以得到所述第二回聲消除信號。
全文摘要
本發明公開一種時頻域聯合回聲消除方法，包括接收輸入的受話器信號和送話器信號；利用第一回聲消除器，即時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的一個，基於所接收的受話器信號，對所接收到的送話器信號進行回聲消除，以得到第一回聲消除信號；利用第二回聲消除器，即時域回聲消除器和頻域回聲消除器中的另一個，基於所接收到的受話器信號，對第一回聲消除信號再次進行回聲消除，以得到第二回聲消除信號；其中，第二回聲消除器的第二濾波器的濾波器參數是基於受話器信號和第二回聲消除信號更新，第一和第二回聲消除器分別包括相應的第一和第二濾波器。利用本發明所述方法能夠實現對回聲反射環境的快速反應而且回聲殘留少，整體提高了回聲消除效果。
文檔編號H04M9/08GK102131014SQ201010000560
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月13日 優先權日2010年1月13日
發明者劉崧, 樓廈廈 申請人:歌爾聲學股份有限公司