專利名稱：一種聲學(xué)回聲消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種回聲消除方法，尤其指消除回聲技術(shù)中聲學(xué)回聲消除的方法。
背景技術(shù)：
聲學(xué)回聲是指揚聲器播放出來的聲音被話筒拾取后發(fā)回遠端，這就使得遠端談話者能聽到自己的聲音。聲學(xué)回聲又分為直接回聲和間接回聲。直接回聲是指揚聲器播放出來的聲音未經(jīng)任何反射直接進入話筒。這種回聲延遲最短，它與遠端說話者的語音能量，揚聲器與話筒之間的距離、角度、揚聲器的播放音量以及話筒的拾取靈敏度等因素相關(guān)。間接回聲是指揚聲器播放的聲音經(jīng)不同的路徑一次或多次反射后進入話筒所產(chǎn)生的回聲集合。因為周圍物體的變動，例如人的走動等，都會改變回聲的返回路徑，因為這種回聲的特點是多路徑、時變的。另外，背景噪聲也是產(chǎn)生回聲的因素之一。
請參見圖1，這是多媒體語音環(huán)境示意圖。聲學(xué)回聲消除的一個重要的方法是使用聲學(xué)回聲消除器(AECAcoustic Echo Cancellation)，AEC是以揚聲器信號與由它產(chǎn)生的多路徑回聲的相關(guān)性為基礎(chǔ)，建立遠端信號的語音模型，利用它對回聲進行估計，并不斷地修改濾波器的系數(shù)，使得估計值更加逼近真實的回聲。然后，將回聲估計值從話筒的輸入信號中減去，從而達到消除回聲的目的，AEC還將話筒的輸入與揚聲器輸出的值相比較，從而消除延長延遲的多次反射的聲學(xué)回聲。根椐存儲器存放的過去的揚聲器的輸出值的多少，AEC可以消除各種延遲的回聲。
目前通用的回聲消除方式主要有一是免提電話的應(yīng)用方案，即只做增益調(diào)整，并沒有真正的回聲消除。當(dāng)一方講話時，將其信號傳送方向的增益提高，同時將其相反方向的增益降低，以降低回聲。其結(jié)果是當(dāng)雙方同時講話時，只有一方的聲音能夠傳送出去，只有一方能聽見對方，或是雙方的聲音斷斷續(xù)續(xù)。另一種是采用最小均方(LMS)的回聲消除。傳統(tǒng)的最小均方收斂慢，易發(fā)散，只能消除剩余的回聲，不得不用非線性方法來消除剩余的回聲，該方法雖然比增益調(diào)整方法的效果好，但仍有許多不足之處，回聲或聲音的斷斷續(xù)續(xù)時有發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高性能且易于實現(xiàn)的聲學(xué)回聲消除方法，從而達到降噪和高保真語音的效果。
本發(fā)明所提供的一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波；實現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，消除噪聲的波束形成非線性濾波包括下列過程對話筒信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換→濾波→時域/頻域轉(zhuǎn)換→大回聲消除→波束形成回聲消除→后置濾波→平滑濾波→頻域/時域轉(zhuǎn)換→濾波→數(shù)/模轉(zhuǎn)換→功放→揚聲器。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法是根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，改變的速率也自適應(yīng)的變化。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，步長只有當(dāng)近端講話時，其是最小的；當(dāng)雙方同時講話時，其調(diào)整為中等長度；只有遠端講話時，其為最大值。
在上述的聲學(xué)回聲消除方法中，消除噪聲的波束形成非線性濾波通過對信號進行分析檢測，識別出背景噪聲，然后用動態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲。
由于采用了上述的技術(shù)解決方案，即采用獨特的自適應(yīng)步長非線性濾波技術(shù)，將信號分割成多個波段分別進行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，經(jīng)過回聲消除濾波，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時能改善回聲消除的能力。本發(fā)明既解決了回聲問題，同時保證的通話質(zhì)量，并具有良好的全雙工性能。本發(fā)明適用于汽車免提電話、筆記本電腦、PDA、USB便攜式免提電話、會議電話、可視電話、手機、無繩電話、便攜式DVD等領(lǐng)域。


圖1是現(xiàn)有多媒體語音環(huán)境示意圖；
圖2是本發(fā)明聲學(xué)回聲消除方法的不意圖；圖3是本發(fā)明聲學(xué)回聲消除方法實施例之一的示意圖。
具體實施例方式
參見圖2，這是采用本發(fā)明的聲學(xué)回聲消除方法的示意圖。
本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，采用獨特的自適應(yīng)步長非線性濾波技術(shù)，即采用在自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法，并采用消除噪聲的波束形成非線性濾波技術(shù)。
假設(shè)h(n)為回波信道響應(yīng)，X(n)為參考信號，C(n)為自適應(yīng)濾波系數(shù)，E(n)為話筒接收端的信號。
E(n)＝X(n)*h(n)(卷積)E(n)＝EL(n)(線性)+EN(n)(非線性)C(n+1)＝C(n)+ΔC(n)ΔC(n)＝μX(n)e(n)/‖x(n)‖2(μ為自適應(yīng)步長)(n)＝X(n)*C(n)(卷積)e(n)＝E(n)-(n)為了消除回聲，聲學(xué)回聲消除必須具備動態(tài)學(xué)習(xí)揚聲器到話筒之間的聲學(xué)環(huán)境下的聲學(xué)響應(yīng)的功能，將信號分割成多個波段分別進行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，通過回聲消除濾波技術(shù)，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時能改善回聲消除的能力。
參見圖3，本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，采用自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法，其消除噪聲的波束形成非線性濾波主要包括大回聲消除器、波束形成回聲消除器、后置濾波器、平滑濾波器，其它前端和后端處理，包括連續(xù)與離散信號轉(zhuǎn)換、時域與頻域信號轉(zhuǎn)換、常用濾波等常用信號處理方法。
本發(fā)明是這樣工作的采用獨特的自適應(yīng)步長非線性濾波技術(shù)不是用噪聲訓(xùn)練回聲消除器，而是根據(jù)正常談話交流的聲音連續(xù)的改善回聲消除器，使會議開始后滔滔不絕的講話更加自然。
好的聲學(xué)回聲消除器處理的回聲水平接近于實際的回聲水平應(yīng)該是快速而不突變的，這取決于它何時處于接收狀態(tài)和在這種狀態(tài)下適應(yīng)的快速的程度。自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，改變的速率也自適應(yīng)的變化。當(dāng)只在近端講話時，步長是最小的；當(dāng)雙方同時講話時(全雙工時)，步長調(diào)整為中等長度；只有遠端講話時，步長為最大值。這種方案使系統(tǒng)在不同的狀態(tài)中快速切換，并保持穩(wěn)定，使回聲路徑變化時仍有極好的性能。消除噪聲的波束形成非線性濾波器通過對信號進行分析檢測，識別出背景噪聲，然后用動態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲，但不損害語音信號，從而達到降噪和高保真語音的效果；鑒定通過對語音和背景噪聲進行分析檢測，自動調(diào)整語音信號的增益，使其輸出保持在一定的電平。
采用本發(fā)明的一個回聲消除的具體方法(如圖3內(nèi)容)，其側(cè)音消除可達30dB～40dB，同時可以控制在雙方講話的模式下進行平滑的過渡，使語音真實，不失真，并快速且精確的適應(yīng)。
綜上所述，本發(fā)明用于聲學(xué)回聲消除，聲學(xué)回聲對消可高達60多dB(目前是國際最好水平，比同類產(chǎn)品高約20dB)。使用另外的話筒(用于參考信號拾取)，能夠獲得更加優(yōu)越的全雙工性能以及回聲對消性能。本發(fā)明實現(xiàn)聲學(xué)回聲消除功能，并能達到降噪和高保真語音的效果，應(yīng)用在回聲消除器方案中，極為實用。
權(quán)利要求
1.一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波；實現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。
2.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述消除噪聲的波束形成非線性濾波包括下列過程對話筒信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換→濾波→時域/頻域轉(zhuǎn)換→大回聲消除→波束形成回聲消除→后置濾波→平滑濾波→頻域/時域轉(zhuǎn)換→濾波→數(shù)/模轉(zhuǎn)換→功放→揚聲器。
3.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法是根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，改變的速率也自適應(yīng)的變化。
4.如權(quán)利要求3所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述步長只有當(dāng)近端講話時，其是最小的；當(dāng)雙方同時講話時，其調(diào)整為中等長度；只有遠端講話時，其為最大值。
5.如權(quán)利要求1所述的聲學(xué)回聲消除方法，其特征在于所述消除噪聲的波束形成非線性濾波通過對信號進行分析檢測，識別出背景噪聲，然后用動態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)濾掉背景噪聲。
全文摘要
一種聲學(xué)回聲消除方法，包括下列步驟自適應(yīng)步長分波段標(biāo)準化最小均方算法；消除噪聲的波束形成非線性濾波技術(shù)；實現(xiàn)聲學(xué)回聲消除。本發(fā)明采用獨特的自適應(yīng)步長非線性濾波技術(shù)，將信號分割成多個波段分別進行處理，根據(jù)回聲環(huán)境自適應(yīng)地改變步長，經(jīng)過回聲消除濾波，這樣可提高收斂速度，降低發(fā)散速度，同時能改善回聲消除的能力。本發(fā)明既解決了回聲問題，同時保證了通話質(zhì)量，并具有良好的全雙工性能。本發(fā)明適用于汽車免提電話、筆記本電腦、PDA、USB便攜式免提電話、會議電話、可視電話、手機、無繩電話、便攜式DVD等領(lǐng)域。
文檔編號H04M9/08GK1956480SQ20051003084
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者韓興成, 葉波, 王祥莉 申請人:上海貝嶺股份有限公司