一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法
2023-10-10 14:14:59 3
專利名稱：一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法
技術領域：
本發明涉及嘯叫抑制領域，特別涉及一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法。
背景技術：
嘯叫抑制在有的文獻也被稱為「聲反饋抑制」、「聲反饋控制」、「反饋消除」等，它們表達的是同一種意思。如圖I所示，圖I為嘯叫產生原理圖。s(n)表示近端語音，這是需要 放大的信號；d(n)表示從揚聲器發出的聲音經過反饋路徑102再次反饋到麥克風，被麥克風拾取到的反饋信號。d(n)不是期望接收的信號，需要把它抑制掉。前向處理模塊104用來完成嘯叫抑制和自動增益控制等功能。輸入信號s(n)到輸出信號y(n)之間的傳遞函數為 G(Z)/(1-G(Z)F(Z))，如果同時滿足(a) G(Z)F(Z) | 彡 I ； (b) ZG(z)F(z) =2Jin,nGN；則該系統將變得不穩定，在滿足條件的頻率點上就會發生嘯叫。使用擴音系統目的之一就是為了提高系統增益，助聽器的佩戴者也希望能夠把聲音放大到所期望的水平，嘯叫現象限制了擴聲系統的增益量。因此，必須採取一定的措施消除反饋來避免嘯叫的發生。公共擴聲系統中由於講話人的位置可能會經常地變化。例如教室裡老師授課用的擴音系統中，麥克風被放置在老師的衣服上而老師在授課時身體的位置不是固定的，這就導致反饋路徑的不斷變化，相應的解決方案必須考慮到這一點並能快速的跟蹤這種變化，否則就會出現嘯叫。嘯叫抑制是一個熱門的研究課題。目前的解決方法主要有(I)移頻法。移頻法通過破壞嘯叫產生的相位條件來達到嘯叫抑制的目的。然而，這種方法的嘯叫抑制效果並不好，常常控制了一個頻率點的嘯叫，系統又會在別的頻率點產生嘯叫。而且移頻法對語音質量有可覺察的影響，研究和實際系統測試表明使用移頻法最多可以獲得6dB的增益。(2)陷波器法。陷波器法首先尋找可能發生或者已經發生了反饋的頻譜位置，然後將信號中這些過強的頻率成分衰減掉來達到反饋抑制效果。但是在實際系統中，有可能存在多個反饋頻率點。因此，陷波器法效果有限。已經報導的使用陷波器法可以提供3dB-8dB的增益。(3)自適應濾波器法。自適應濾波器法的工作原理是利用濾波器來模擬聲音通過揚聲器發出後再從麥克風進來這樣的一個傳播通道的傳輸特性，使得從濾波器出來的信號和麥克風採集到的反饋信號一致，然後從麥克風的輸入信號中把該部分信號減掉來達到消除反饋的目的。如圖2所示，圖2為基於自適應濾波算法的嘯叫抑制系統框圖。自適應濾波單元206的參數必須調整到和實際傳輸路徑特性接近，其模擬得到的信號便越接近實際的反饋信號，就可以取得更好的嘯叫抑制效果。這種方法和回聲抵消所採用的方法原理是一樣的，但是與回聲抵消不同的是在反饋場合下，系統總是處於被稱為「雙端對講」的狀態，從而影響了自適應濾波器的收斂速度，而且估計出的濾波器係數是有偏的，這種方法很難適用於反饋路徑總是在不斷變化的情況。
另外，自適應濾波器法分為不連續嘯叫抑制和連續嘯叫抑制。不連續嘯叫抑制的主要缺點是這種方法需要中斷正常輸入語音信號，從而使語音的可懂度受到影響，因而在很多場合是不能被接受的。而連續嘯叫抑制使用連續的輸入信號來估計反饋信號，但是收斂速度很慢。綜上所述，目前的嘯叫抑制方法魯棒性不好，當反饋路徑變化時都很可能出現短暫的嘯叫
發明內容
本發明的目的在於，為了解決上述問題，提出一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，從而達到魯棒性好，收斂和跟蹤速度快的目的。為實現上述發明目的，本發明提出一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，該方法具體步驟包括步驟I):分別對麥克風米集的信號x(n)和揚聲器輸出信號y(n)進行分巾貞、加窗和傅立葉變換得到麥克風頻域信號X(i，k)和揚聲器輸出頻域信號Y(i，k)；步驟2):根據所述的步驟I)獲得的麥克風頻域信號X(i，k)和揚聲器輸出頻域信號Y(i, k)計算麥克風和揚聲器輸出信號之間的互功率譜4)yx(i，k)和揚聲器輸出信號的功率譜cj^ya，k);並將互功率譜$yx(i，k)除以功率譜$yy(i，k)得到反饋路徑傳遞函數
幅度譜的估計P'0)|;步驟3):利用所述的步驟2)獲得的反饋路徑傳遞函數幅度譜的估計|#'(a)|計算得到當前幀反饋信號幅度譜；步驟4):利用麥克風信號幅度譜|X(i，k) I和所述的步驟3)獲得的反饋信號幅度譜|；^+,幻|計算獲得增益函數6(1，10 ；步驟5):根據所述的步驟4)獲得的增益函數G(i，k)來對麥克風頻域信號X(i，k)進行修正來實現嘯叫抑制。該方法還進一步包括步驟6):對所述的步驟5)獲得的修正後的麥克風頻域信號進行處理獲得最終的輸出信號5( )，並對輸出信號5( )進行解相關處理；和步驟7):對所述的步驟6)處理的結果進行增益調節。所述的步驟2)獲得反饋路徑傳遞函數幅度譜的具體步驟包括21):採用一階自回歸平滑的方法，按照式⑴獲得互功率譜ctyx(i，k)；<J)yx(i，k) = a c<J)yx(i-l，k) + (l_a c) |Y*(i, k)X(i, k) I(I)其中，ac是平滑因子，0彡ac yy(i,k) = a E(J)yy(i-l, k) + (l-a E)Y*(i, k)Y(i, k)(2)其中，aR是平滑因子，0彡aR < I ;23):利用互功率譜ctyx(i，k)和功率譜ctyy(i，k)根據式(3)獲得反饋路徑傳遞函數幅度i普P'0)|;
權利要求
1.一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，該方法具體步驟包括 步驟I):分別對麥克風採集的信號x(n)和揚產器輸出信號y(n)進行分幀、加窗和傅立葉變換得到麥克風頻域信號X(i，k)和揚產器輸出頻域信號Y(i，k)； 步驟2):根據所述的步驟I)獲得的麥克風頻域信號X(i，k)和揚聲器輸出頻域信號Y(i,k)計算麥克風和揚聲器輸出信號之間的互功率譜4>yx(i，k)和揚聲器輸出信號的功率譜
2.根據權利要求I所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，該方法還進一步包括 步驟6):對所述的步驟5)獲得的修正後的麥克風頻域信號進行處理獲得最終的輸出信號5( )，並對輸出信號5( )進行解相關處理；和 步驟7):對所述的步驟6)處理的結果進行增益調節。
3.根據權利要求I所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟2)獲得反饋路徑傳遞函數幅度譜的具體步驟包括 21):採用一階自回歸平滑的方法，按照式⑴獲得互功率譜ctyx(i，k)；
4.根據權利要求I所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟3)按照式(4)計算獲得當前幀反饋信號幅度譜
5.根據權利要求I所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟4)計算增益函數的方法包括基於先驗信號反饋比方法和基於後驗信號反饋比方法。
6.根據權利要求5所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟4)基於後驗信號反饋比方法按照式(5)計算獲得增益函數G(i，k)；
7.根據權利要求I所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟5)按照式(6)對麥克風頻域信號X (i，k)進行修正來實現嘯叫抑制 S(i,k) = X(i,k)G(i,k)(6)。
8.根據權利要求2所述的基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，其特徵在於，所述的步驟7)採用調節數位訊號的增益或調節模擬系統功放的增益。
全文摘要
本發明涉及一種基於反饋信號頻譜估計的嘯叫抑制方法，首先，分別對麥克風採集的信號和揚聲器輸出信號進行分幀、加窗和傅立葉變換得到對應的頻域信號；然後，根據獲得的麥克風頻域信號和揚聲器輸出頻域信號計算麥克風和揚聲器輸出信號之間的互功率譜和揚聲器輸出信號的功率譜；並將互功率譜除以功率譜得到反饋路徑傳遞函數幅度譜的估計；再利用獲得的反饋路徑傳遞函數幅度譜的估計計算得到當前幀反饋信號幅度譜；接著利用麥克風信號幅度譜和獲得的反饋信號幅度譜計算獲得增益函數；最後根據獲得的增益函數來對麥克風頻域信號進行修正來實現嘯叫抑制。該方法具有很快的收斂和跟蹤速度，魯棒性好，算法複雜度低有利於實時實現。
文檔編號H04R27/00GK102740214SQ20111008219
公開日2012年10月17日 申請日期2011年4月1日 優先權日2011年4月1日
發明者吳鳴, 楊軍, 楊飛然 申請人:中國科學院聲學研究所