一种基于自适应滤波的会议场景回声消除方法与流程

本发明涉及回声消除，具体是一种基于自适应滤波的会议场景回声消除方法。

背景技术：

1、会议场景的回声消除是音频处理中一个重要的问题，主要由于在会议室内扬声器的声音被墙壁等物体反射后被麦克风拾取，导致回声和啸叫现象。为了解决这个问题，可以采用回声消除技术来抑制回声和啸叫，提升语音质量和清晰度。

2、会议场景回声消除的基本原理是通过对回声路径的建模和估计，从麦克风信号中减去回声成分，以实现回声消除，具体的实现方法包括自适应滤波器、声学回声消除、线路回声消除等。

3、回声消除的自适应滤波器是一种特殊的滤波器，用于消除信号中的回声。自适应滤波器能够根据输入信号的特点自动调整其系数，以实现最优的信号处理。在回声消除中，自适应滤波器通过最小化回声信号的功率来优化滤波器的系数，从而消除回声。

4、自适应滤波器的原理主要是基于信号的统计特性，通过不断调整滤波器的系数，使得输出信号的误差最小。常见的自适应滤波算法包括最小均方误差(lms)算法、递归最小二乘法(rls)等。在回声消除中，通常采用lms算法来设计自适应滤波器。

5、然而，lms算法存在一些局限性，例如收敛速度较慢，且在噪声环境下性能下降显著。为克服这些局限性，提出了归一化最小均方误差(nlms)算法。nlms算法是lms算法的一种改进，它通过归一化输入信号的功率来调整其学习率，从而加快收敛速度并提高算法的稳定性。然而，nlms算法在处理非平稳信号和多路径环境中的回声时，其性能仍然有限。

6、变步长的nlms算法又是一种改进的nlms算法，通过在不同时刻采用不同的步长来优化性能，可以避免产生过大的波动，提高收敛速度，并改善对回声路径不敏感的问题。在语音回波消除中，输入信号为随机信号，变步长nlms算法的步长大小可以根据输入信号的信噪比(snr)动态调整。在信噪比高时，可以采用较小的步长以降低稳态误差；在信噪比低时，可以采用较大的步长以加快收敛速度。通过实时调整步长的大小，可以保证算法的最佳性能。

7、在双讲情景下，即当两个或两个以上的人同时讲话时，回声消除变得更加复杂。在此情景下，回声的特性迅速变化且难以预测，要求回声消除算法必须具备更高的适应性，以及快速的响应能力。然而，现有回声消除算法在处理此情景下的回声时，往往效果不佳，难以满足高质量音频通信的需求。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明通过定义优化目标函数，结合变步长的nlms算法，充分考虑双讲情景下的实际回声消除问题，能够显著提高回声消除算法的性能。

2、一种基于自适应滤波的会议场景回声消除方法，远端语音信号x(n)经过真实回声路径h(n)，得到远端回声语音信号y(n)＝x(n)*h(n)，其与近端的麦克风语音信号v(n)叠加，得到麦克风的输出信号d(n)＝y(n)+v(n)，远端语音信号x(n)经过自适应滤波器得到估计的回声信号，与麦克风的输出信号d(n)相减得到残余信号即为回声消除后的语音信号，自适应滤波器采用变步长的nlms算法。

3、滤波器权重系数更新公式为其中为优化项，避免分母为0；

4、滤波器步长因子更新公式为其中ξ，ζ均为优化项，避免分母为0。

5、进一步的，滤波器参数调整以函数为优化目标，滤波器参数包括权重系数、步长因子。

6、进一步的，自适应滤波首先进行滤波器参数初始化，再使用当前的滤波器权重系数及输入信号计算输出信号，以及输出信号与期望信号之间的误差，基于该误差更新滤波器权重系数，并调整步长因子，不断迭代直至优化目标函数值达到预期或该误差不再显著变，即收敛为止。

7、本发明能够有效处理近端麦克风语音与回声同时存在的情况，保证通话的清晰性；在保留近端麦克风语音清晰度的同时，能够有效减少回声的干扰，提升会议的交流质量；本发明结合双讲情景和优化目标函数，能够更准确地估计回声路径，为高效的回声消除提供坚实基础，提高了系统的整体性能，在处理多种会议环境中的回声时，显示出极强的适应性和灵活性；无论是小型会议室还是大型会议场所，均能提供稳定且高效的回声消除效果。

技术特征：

1.一种基于自适应滤波的会议场景回声消除方法，远端语音信号x(n)经过真实回声路径h(n)，得到远端回声语音信号y(n)＝x(n)*h(n)，其与近端的麦克风语音信号v(n)叠加，得到麦克风的输出信号d(n)＝y(n)+v(n)，远端语音信号x(n)经过自适应滤波器得到估计的回声信号，与麦克风的输出信号d(n)相减得到残余信号即为回声消除后的语音信号，其特征在于，自适应滤波器采用变步长的nlms算法；

2.根据权利要求1所述的基于自适应滤波的会议场景回声消除方法，其特征在于，滤波器参数调整以函数为优化目标，滤波器参数包括权重系数、步长因子。

3.根据权利要求2所述的基于自适应滤波的会议场景回声消除方法，其特征在于，自适应滤波首先进行滤波器参数初始化，再使用当前的滤波器权重系数及输入信号计算输出信号，以及输出信号与期望信号之间的误差，基于该误差更新滤波器权重系数，并调整步长因子，不断迭代直至优化目标函数值达到预期或该误差不再显著变，即收敛为止。

技术总结
本发明公开了一种基于自适应滤波的会议场景回声消除方法，涉及回声消除技术领域，其中的自适应滤波首先进行滤波器参数初始化，再使用当前的滤波器权重系数及输入信号计算输出信号，以及输出信号与期望信号之间的误差，基于该误差更新滤波器权重系数，并调整步长因子，不断迭代直至优化目标函数值达到预期或该误差不再显著变，即收敛为止。本发明结合双讲情景和优化目标函数，能够更准确地估计回声路径，为高效的回声消除提供坚实基础，提高了系统的整体性能，在处理多种会议环境中的回声时，显示出极强的适应性和灵活性；无论是小型会议室还是大型会议场所，均能提供稳定且高效的回声消除效果。

技术研发人员：乔宏波
受保护的技术使用者：合肥乾芯科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16