一种回声抵消方法和设备的制作方法
【专利摘要】一种回声抵消方法。该方法包括：划分待处理音频信号为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号；AEC模块对低带待处理音频信号进行自适应滤波回声抵消处理，对高带待处理音频信号不进行自适应滤波回声抵消处理，生成初步回声抵消信号；RES模块初步回声抵消频域信号中的高带信号进行包络预测回声抑制，计算并输出残留回声抑制系数；RES模块对初步回声抵消频域信号中的低带信号进行回声抑制，输出处理结果；将输出结果与残留回声抑制系数相乘输出回声抵消后信号。同时，提供一种回声抵消设备。本发明实施例通过对待处理信号分别进行高带和低带处理，既有效的降低了回声抵消的计算量，又解决了现有技术中子带边界存在回声泄露的问题。
【专利说明】一种回声抵消方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及音频信号处理领域，尤其涉及一种回声抵消方法和设备。
【背景技术】
[0002]图1是回声抵消技术的应用场景示意图，从网络上传来的远端信号经过CODEC，SP编译码器模块解码之后，进行模数转换，送到扬声器播放，麦克风不仅拾取近端信号，同时也拾取了扬声器播放的远端信号(即回声)，麦克风拾取的信号进行回声抵消处理之后，麦克风信号中的回声被消除，只剩下近段信号，经过CODEC模块编码处理之后，通过网络送到远端。如果麦克风信号中的回声没有被消除，送到远端后，远端会听到自己的声音，回声抵消技术的目的是尽量消除回声，而保留近端信号。
[0003]回声抵消处理通常包括两个部分:AEC(Adaptive Echo Canceller),自适应回声抵消以及RES (Residual Echo Suppressor),残留回声抑制。自适应回声抵消采用自适应滤波器模拟空间回声路径，消除麦克风信号中的回声，一般情况下，由于噪声等因素的影响，AEC模块不能将回声消除的很干净，因此需要RES模块对残留的回声进行进一步的回声抑制处理。
[0004]自适应滤波有 NLMS、RLS、MDF(Multidelay block frequency domainadaptivefilter)算法是块NLMS算法在频域的一种实现形式)等算法。在混响时间较长、采样率较高时，自适应滤波器需要很长的阶数，例如混响为300ms，采样率为48khz时，需要的阶数为48000X0.3 = 14400，这样导致自适应滤波器的计算量很大，从而增加设备的成本。本发明提供一种低复杂度的回声抵消算法。
[0005]现有技术为了降低复杂度，采用子带自适应滤波来解决这个问题。如图2所示，近端信号d(n)和远端信号x(n)分别进行子带分割，每个子带带宽250Hz，因此SKHz共有16各子带，16KHz共有32个子带，32KHz共有64个子带。每个子带采用NLMS算法进行回声抵消，之后各个子带进行综合，得到残留回声信号。
[0006]但是，现有技术至少存在以下问题:
[0007]子带边界存在回声泄露。经调试发现子带的自适应滤波器，在子带边界处回声衰减量明显不足，经常会残留一些较强的单频信号(听起来就是类似“叽咣”的声音，比较影响主观感受)。
【发明内容】
[0008]鉴于此，有必要提供一种回声抵消方法和设备来解决上述问题。
[0009]本发明实施例提供了一种回声抵消方法，该方法包括:
[0010]划分待处理音频信号为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号；
[0011]AEC模块对低带待处理音频信号进行自适应滤波回声抵消处理；
[0012]RES模块对高带待处理音频信号进行包络预测回声抑制，对低带待处理音频信号进行回声抑制，输出处理后信号。[0013]本方法既有效的降低了回声抵消的计算量，又解决了子带边界存在的回声泄露问题。
[0014]本发明实施例同时提供一种回声抵消AEC模块，包括:
[0015]参考信号分析滤波器，将参考信号处理为高带参考信号和低带参考信号，将高带参考信号输出到人造回声合成滤波器，将低带参考信号输出到自适应滤波器；
[0016]待处理音频信号分析滤波器，将待处理音频信号处理为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号，将高带待处理音频信号输出到初步回声抵消信号合成滤波器；将低带待处理音频信号输出到自适应滤波器；
[0017]所述自适应滤波器，与参考信号分析滤波器和待处理音频信号分析滤波器相连，将低带参考信号经过自适应滤波处理生成低带人造回声信号，并输出到人造回声合成滤波器；将低带待处理音频信号经过自适应滤波处理生成低带初步回声抵消信号，并输出到初步回声抵消信号合成滤波器；
[0018]人造回声合成滤波器，与自适应滤波器相连，将高带参考信号和低带人造回声信号合成为人造回声信号，并输出给RES设备；
[0019]初步回声抵消信号合成滤波器，与自适应滤波器相连，将高带待处理音频信号和低带初步回声抵消信号合成为初步回声抵消信号，并输出给RES模块。
[0020]本发明实施例还提供一种回声抵消RES模块，包括:
[0021]FFT变换模块，将参考信号、待处理音频信号、人造回声信号、初步回声抵消信号经过FFT变换，生成对应的参考频域信号、待处理频域音频信号、人造回声频域信号以及初步回声抵消频域信号；并将待处理频域音频信号、人造回声频域信号以及初步回声抵消频域信号输入到RES低带模块，将参考频域信号、初步回声抵消频域信号输入到RES高带模块；
[0022]RES高带模块，对初步回声抵消频域信号中的高带信号进行包络预测回声抑制，计算并输出残留回声抑制系数；
[0023]RES低带模块，对初步回声抵消频域信号中的低带信号进行回声抑制，输出处理结果O
[0024]本设备既有效的降低了回声抵消的计算量，又解决了子带边界存在的回声泄露问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]图1是本发明【背景技术】的方法流程图；
[0027]图2是本发明【背景技术】中现有技术的方法流程图；
[0028]图3是本发明实施例一的设备结构图；
[0029]图4是本发明实施例一的方法流程图；
[0030]图5是本发明实施例一的方法流程图；
[0031]图6是本发明实施例一的方法流程图；[0032]图7是本发明实施例一的子带划分方式参考图
[0033]图8是本发明实施例一的回声冲激响应以及能量衰减曲线的示例图；
[0034]图9是本发明实施例一的QMF分析和综合滤波器处理流程图。
【具体实施方式】
[0035]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]本发明实施例提供一种回声抵消方法，将待处理音频信号中的回声抵消，输出回声抵消后信号。
[0037]请参考图3，参考信号X (η)(即远端信号，在本专利中参考信号和远端信号具有相同含义)输出到扬声器播放；麦克风拾取待处理音频信号d (η),其中包括回声信号y (η)、本端信号s (η)以及噪声V (η)，待处理音频信号经过AEC模块和RES模块的处理，消除回声信号y(n)和噪声v(n)，保留本端信号。具体而言，该方法包括以下步骤，请参考图4:
[0038]SI =AEC模块对待处理音频信号进行初步回声抵消处理，生成初步回声抵消信号e (η) ο
[0039]AEC模块对参考信号X (η)、待处理音频信号d(n)进行处理，输出初步回声抵消信号e (η)、人造回声信号y' (η)以及频域的低带回声滤波系数H (k);并将参考信号x(n)和待处理音频信号d(n)输出到RES模块。具体而言，包括:
[0040]1、根据参考信号x(n)生成人造回声信号I' (η)。
[0041]参考信号X (η)经过QMF分析滤波器处理后生成高带参考信号xhi (η)和低带参考信号Xlmt(η)，其中，输出高带参考信号Xhi (η)到QMF合成滤波器，输出低带参考信号xlOT(n)到自适应滤波器；
[0042]低带参考信号xlOT(n)经过自适应滤波器处理后生成低带人造回声信号y' 10w (η),并输出给QMF合成滤波器；
[0043]高带参考信号Xhi (η)和低带人造回声信号y' low (η)经过QMF合成滤波器处理后生成人造回声信号y, (η)，并输出给RES模块；
[0044]2、根据待处理音频信号d(n)生成初步回声抵消信号e (η)。
[0045]待处理音频信号d(n)经过QMF分析滤波器处理后，生成高带待处理音频信号dhi(n)和低带待处理音频信号dlOT(η)，其中，输出高带待处理音频信号dhi (η)到QMF合成滤波器；
[0046]低带待处理音频信号dlOT(n)减去低带人造回声信号y' low(n)得到低带初步回声抵消信号elOT(n),并输出到QMF合成滤波模块；
[0047]高带待处理音频信号dhi (η)和低带初步回声抵消信号elOT(n)经过QMF合成滤波器处理后，生成初步回声抵消信号e (η)，并输出到RES模块；
[0048]3、频域的低带回声滤波系数H(k)是由自适应滤波处理低带参考信号的过程中计算得到的；
[0049]另外，AEC模块还将参考信号x(n)和待处理音频信号d(n)输出到RES模块作为RES模块经行进一步回声抵消的辅助处理信号。
[0050]S2:RES模块对初步回声抵消信号e(n)进行进一步回声抵消处理，生成回声抵消后信号，请参考图5。
[0051]S201:RES模块分别对参考信号x(n)、待处理音频信号d(n)、人造回声信号y' (η)以及初步回声抵消信号e (η)进行快速傅里叶变换(FFT, Fast FourierTransformation),生成对应的参考频域信号X(k)、待处理频域音频信号D(k)、人造回声频域信号Y' (k)以及初步回声抵消频域信号E(k);并将待处理频域音频信号D(k)、人造回声频域信号Y' (k)、以及残留频域回声信号E (k)输入到RES低带模块，将参考频域信号X(k)、低带回声滤波系数H(k)以及初步回声抵消频域信号E (k)输入到RES高带模块；
[0052]S203 =RES高带模块对初步回声抵消频域信号E (k)中的高带信号(以下简称高带信号)进行包络预测回声抑制，计算并输出残留回声抑制系数Gte(k) ;RES低带模块对初步回声抵消频域信号E(k)中的低带信号(以下简称低带信号)采用现有的回声抑制技术进行回声抑制，输出处理结果；请参考图6。 [0053]需要说明的是，为了消除混叠影响，高带信号与低带信号之间有重叠，如果有512根谱线，低带RES对263根以下的谱线进行残留回声抑制，而高带对231根以上的谱线进行抑制，共有32根谱线的重 叠。
[0054]1、RES高带模块计算残留回声抑制系数的过程为，根据初步回声抵消频域信号E(k)的各子带能量E(i)、参考频域信号X(k)各子带能量U(i)、残留回声频域信号各子带能量孟?、高带包络预测系数gl (i)以及高带包络预测系数的衰减因子factor计算各子带增益；根据各子带增益计算高带各谱线增SGte(k)，即残留回声系数。具体而言，包括:
[0055](I)计算初步回声抵消频域信号E(k)的各子带能量E(i)、参考频域信号X(k)各子带能量U(i)、残留回声频域信号各子带能量、高带包络预测系数gl(i)以及高带包络预测系数的衰减因子factor。
[0056]A、高带RES模块采用包络预测的方法估计高带的回声，然后进行抑制。所谓包络预测就是不考虑相位的影响，在频域上用前面若干帧参考信号的能量来估计当前帧回声的能量，用公式表示如下:
【权利要求】
1.一种回声抵消方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 划分待处理音频信号为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号； 对所述低带待处理音频信号进行自适应滤波回声抵消处理，对所述高带待处理音频信号不进行自适应滤波回声抵消处理，生成初步回声抵消信号； 对初步回声抵消频域信号中的高带信号进行包络预测回声抑制，计算并输出残留回声抑制系数；RES模块对初步回声抵消频域信号中的低带信号进行回声抑制，输出处理结果；将所述输出结果与残留回声抑制系数相乘输出回声抵消后信号。
2.根据权利要求1所述的回声抵消方法，其特征在于，所述划分待处理音频信号是通过QMF分析滤波进行划分。
3.根据权利要求1所述的回声抵消方法，其特征在于，所述步骤B包括: 低带待处理音频信号经过自适应滤波处理后生成低带初步回声抵消信号； 所述低带初步回声抵消信号和高带待处理音频信号进行合成滤波处理之后生成初步回声抵消信号。
4.根据权利要求1或3所述的回声抵消方法，其特征在于，所述步骤B还包括: AEC模块将参考音频信号通过QMF分析滤波，生成高带参考音频信号和低带参考音频信号; AEC模块将所述低带参考音频信号进行自适应滤波处理生成低带合成回声信号；` AEC模块将所述高带参考音频信号和所述低带合成回声信号进行QMF合成滤波处理，生成合成回声信号。
5.根据权利要求1所述的回声抵消方法，其特征在于，进行所述所述步骤C之前还包括: 将所述初步回声抵消信号经过FFT变换生成初步回声抵消频域信号。
6.根据权利要求1所述的回声抵消方法，其特征在于，所述计算残留回声抑制系数包括: 计算初步回声抵消频域信号各子带能量，计算参考频域信号各子带能量，计算残留回声频域信号各子带能量，计算高带包络预测系数，计算高带包络预测系数的衰减因子； 根据所述初步回声抵消频域信号各子带能量、参考频域信号各子带能量、残留回声频域信号各子带能量、初步回声抵消频域信号中的高带信号的包络预测系数以及高带包络预测系数的衰减因子计算初步回声抵消频域信号中的高带信号的各子带增益； 根据初步回声抵消频域信号中的高带信号的各子带增益计算初步回声抵消频域信号中的高带信号的各谱线增益，即残留回声抑制系数。
7.根据权利要求6所述的回声抵消方法，其特征在于，所述计算初步回声抵消频域信号中的高带信号的包络预测系数，方法为: 根据公式
8.根据权利要求6所述的回声抵消方法，其特征在于，所述计算各子带能量方法为: 计算早期回声子带能量，计算后期回声子带能量； 将早期回声子带能量与后期回声子带能量相加得到子带能量。
9.根据权利要求1所述的回声抵消方法，其特征在于，所述初步回声抵消频域信号中的高带信号与初步回声抵消频域信号中的低带信号，二者的关系为，二者之间有重叠，以消除混叠影响。
10.根据权利要求1、2和3项中任一所述的回声抵消方法，其特征在于，所述将待处理音频信号划分为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号之前，使用音频采集设备采集所述待处理音频信号，所述待处理音频信号包括:回声音频信号、本端信号以及噪声信号。
11.一种回声抵消AEC模块,其特征在于,所述AEC模块包括: 参考信号分析滤波器，将参考信号处理为高带参考信号和低带参考信号，将高带参考信号输出到人造回声合成滤波器，将低带参考信号输出到自适应滤波器； 待处理音频信号分析滤波器，将待处理音频信号处理为高带待处理音频信号和低带待处理音频信号，将高带待处理音频信号输出到初步回声抵消信号合成滤波器；将低带待处理音频信号输出到自适应滤波器； 所述自适应滤波器， 与所述参考信号分析滤波器和待处理音频信号分析滤波器相连，将所述低带参考信号经过自适应滤波处理生成低带人造回声信号，并输出到人造回声合成滤波器；将所述低带待处理音频信号经过自适应滤波处理生成低带初步回声抵消信号，并输出到初步回声抵消信号合成滤波器； 所述人造回声合成滤波器，与所述自适应滤波器相连，将所述高带参考信号和低带人造回声信号合成为人造回声信号，并输出给RES设备； 所述初步回声抵消信号合成滤波器，与所述自适应滤波器相连，将所述高带待处理音频信号和低带初步回声抵消信号合成为初步回声抵消信号，并输出给RES模块。
12.—种回声抵消RES模块，其特征在于，所述RES模块包括: FFT变换模块，将参考信号、待处理音频信号、人造回声信号、初步回声抵消信号经过FFT变换，生成对应的参考频域信号、待处理频域音频信号、人造回声频域信号以及初步回声抵消频域信号；并将待处理频域音频信号、人造回声频域信号以及初步回声抵消频域信号输入到RES低带模块，将参考频域信号、初步回声抵消频域信号输入到RES高带模块；RES高带模块，对初步回声抵消频域信号中的高带信号进行包络预测回声抑制，计算并输出残留回声抑制系数； RES低带模块，对初步回声抵消频域信号中的低带信号进行回声抑制，输出处理结果。
13.根据权利要求12所述的RES模块，其特征在于，所述RES高带模块包括: 初步回声抵消频域信号各子带能量计算模块，计算初步回声抵消频域信号各子带能量，并输出所述初步回声抵消频域信号子带能量到子带增益计算模块； 参考频域信号各子带能量计算模块，用于计算参考频域信号各子带能量，并输出所述参考频域信号各子带能量到所述子带增益计算模块； IFFT变换模块，将低带回声滤波系数进行IFFT变换，生成时域的低带冲激响应，并将所述冲激响应输出到高通滤波模块；所述高通滤波模块，与所述IFFT变换模块相连，将所述时域的低带冲激响应进行高通滤波处理，生成高带的冲激响应，并将所述高带的冲激响应输出到高带包络预测系数计算模块； 所述高带包络预测系数计算模块，与所述高通滤波模块相连，根据所述高带的冲激响应计算高带包络预测系数，并将所述高带包络预测系数输出到EDC斜率计算模块和所述子带增益计算模块； 所述EDC斜率计算模块，与所述高带包络预测系数计算模块相连，计算EDC斜率，并将所述EDC斜率输出到衰减因子计算模块； 所述衰减因子计算模块，与所述EDC斜率计算模块相连，根据所述EDC斜率计算衰减因子，并将所述衰减因子输出到所述子带增益计算模块； 所述子带增益计算模块，与所述初步回声抵消频域信号各子带能量计算模块、参考频域信号各子带能量计算模块、高带包络预测系数计算模块以及衰减因子计算模块相连，根据所述初步回声抵消频域信号各子带能量、参考频域信号各子带能量、高带包络预测系数以及衰减因子计算子带增益，并将所述子带增益输出到高带各谱线增益计算模块； 所述高带各谱线增益计算模块，与所诉子带增益计算模块相连，根据所述子带增益计算高带各谱线增益，即残留 回声抑制系数。
【文档编号】G10L21/0264GK103730125SQ201210387313
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】詹五洲 申请人:华为技术有限公司