专利名称：无损语音质量的啸叫抑制方法
技术领域：
本发明涉及一种能够有效抑制扩声系统中啸叫并且不影响输出语音质量的方法，具体地说是一种无损语音质量的啸叫抑制方法。
背景技术：
无论是剧场、会议厅、体育比赛场馆，还是卡拉OK演唱，各种类型的扩声系统都会遇到声音反馈引起的啸叫问题。声反馈啸叫使扩声系统的音量不能开得太大(传声增益减小)在临近反馈时音质会急剧恶比，尖锐刺耳的声音难以入耳，即使是一套质量最好的扩声系统也难逃此厄运。造成声反馈啸叫的原因是扬声器的声音通过室内周围界面的反射，折回到话筒，话筒输出的信号再送到扩声系统放大又会经扬声器送出又折回到话筒所致。
常用的抑制扩音啸叫的方法有话音控制开关技术，移频技术，中心削波技术，梳状滤波技术，话筒阵列技术，回音抵消技术。目前所有抑制扩音啸叫的方法都存在一定缺陷其中话音控制开关技术对用户进行了限制；移频技术，中心削波技术，梳状滤波技术对都会带来话音质量的下降；而话筒阵列技术，回音抵消技术需要大量的计算量，从而使实现这些技术变得十分昂贵。
发明内容
本发明的目的是提供一种无损语音质量的抑制扩音啸叫的方法，该方法利用人耳对声音相位不敏感的特性，随机改变输出声音信号的相位，进而破坏发生啸叫的相位条件，从而抑制啸叫。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种无损语音质量的啸叫抑制方法，其特征在于它包括下列步骤A)将第k时刻的音频输入信号x(k)经过分析滤波器组得到其在M个子带中的子带输入信号x0(k)…xM-1(K)；B)对其中M/2+1个的子带输入信号x0(k)…xM/2(k)分别进行啸叫判断；C)若判断出第i个子带的子带输入信号xi(k)中存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)由子带输入信号xi(k)经过一个随机相位器得到，其中0≤i≤M/2D)若判断出第i个子带的子带输入信号xi(k)中不存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)为子带输入信号xi(k)，其中0≤i≤M/2；E)经过步骤C)、D)共得到M/2+1个子带输出信号y0(k)…yM/2(k)，利用子带信号的共轭特性yi(k)＝y*M-i(k)得到全部M个子带输出信号，其中1≤i≤M/2-1，上标*表示共轭；F)将上述得到的M个子带输出信号y0(k)…yM-1(k)经过合成滤波器组，得到音频输出信号y(k)。
本发明分析滤波器组和模块合成滤波器组利用多重相位滤波器技术实现；随机相位器由时变全通滤波器实现。
本发明利用人耳对声音相位不敏感的特性，通过分析滤波器组，啸叫判断，随机相位器和合成滤波器组四个模块，随机改变输出声音信号的相位，进而破坏发生啸叫的相位条件，从而抑制啸叫。本发明所需计算量小，因此用一块普通的数字信号处理(dsp)板就可实现，成本低廉。
四
图1是本发明结构框图；图2是本发明与扩声系统连接图。
五具体实施例方式
下面通过实施例对本发明进行详细说明如图2所示，麦克风5输入信号通过本发明所述的无损语音质量的啸叫抑制方法处理后再经过功放6放大由音箱7输出。由于算法简单，本发明采用一块普通dsp芯片就能实现。
如图1所示，本发明中包括四个模块分析滤波器组1，啸叫判断2，随机相位器3和合成滤波器组4。输入音频信号x(k)经过分析滤波器组1得到其在M个子带中的子带输入信号x0(k)…xM-1(k)。对其中M/2+1个子带中的子带输入信号x0(k)…xM/2(k)分别进行啸叫判断2。若在判断出第i(0≤i≤M/2)个子带的子带输入信号xi(k)中存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)由子带输入信号xi(k)经过一个随机相位器3得到。若在判断出第i(0≤i≤M/2)个子带的子带输入信号xi(k)中不存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)为子带输入信号xi(k)。经过以上步骤共得到M/2+1个子带输出信号y0(k)…yM/2(k)。利用子带信号的共轭特性yi(k)＝y*M-i(k)(1≤i≤M/2-1)得到全部M个子带输出信号。其中上标*表示共轭。由M个子带输出信号y0(k)…yM-1(k)经过合成滤波器组4得到音频输出信号y(k)。
其中模块分析滤波器组1可以通过多重相位滤波器技术实现。其中多重相位滤波器技术中所需的K阶原型滤波器f(n)可以用matlab的命令firl(K-1，1/M)得到。令M×K阶原型滤波器矩阵F=diag(f~0)diag(f~M)...diag(f~k-M)]]>其中 是由原型滤波器f(n)组成的对角阵 由于降采样，因此每计算一次子带输入信号就需要r个全通带输入信号，令全通带输入信号矢量x(k)＝[x(rk)x(rk-1)…x(rk-K+1)]T，可以看出x(k)包括r个新数据和K-r个老数据。根据以上定义，采用多重相位滤波器技术，得到子带输入信号[x0(k)x1(k)…xM-1(k)]T＝FFT{Fx(k)}其中模块啸叫判断2可以判断该子带能量占总能量的比例来决定，如果在k时刻，第i子带的子带能量占总子带能量的百分比超过阀值T，就判断第i子带存在啸叫。如果第i子带的子带能量占总子带能量的百分比小于阀值T，且该时刻所有子带都不存在啸叫，则第i子带是否存在啸叫和前一时刻即第k-1时刻判断啸叫结果相同。如果第i子带的子带能量占总子带能量的百分比小于阀值T，但该时刻其他子带存在啸叫，则判断第i子带不存在啸叫。
其中模块相位随机器3可以通过一个时变全通滤波器来实现。最简单的全通滤波器可以用一个参数α(k)来表示，其中k表示是α(k)是时变的。时变全通滤波器的频率响应如下A(ω,k)=e-jω-α(k)1-α(k)e-jω]]>为了使全通滤波器稳定，α(k)的值必须小于1，α(k)随时间变化的规则如下Setα(k+1)＝α(k)+r(k)if flag＝0Setα(k+1)＝α(k)-r(k)if flag＝1Setα(k+1)＝-1 and flag＝flag ifα(k+1)＜-1Setα(k+1)＝1 and flag＝flag ifα(k+1)＞1其中上标—表示取反。r(k)是一在
均匀分布的随机变量，R表示α(k)在两采样点间所允许的最大变化量。
其中模块合成滤波器组4可以通过多重相位滤波器技术实现。其中多重相位滤波器技术中所需的K阶原型滤波器g(n)可以用matlab的命令firl(K-1，1/M)得到。令K×M阶原型滤波器矩阵G=diag(g~0)diag(g~M)...diag(g~K-M)T]]>其中
是由原型滤波器f(n)组成的对角阵
令sl(k)为k阶矢量s(k)后k-r个元素构成的矢量，su(k)为k阶矢量s(k)前r个元素构成的矢量。输出信号y(k)由下面两式得到s(k)=sI(k-1)0r×1+G·FFT{y0(k)y1(k)...yM-1(k)T}]]>[y(kr-r+1)y(kr-r+2)…y(kr)]T＝su(k)采用ADSP21161N实现本发明所述防啸叫方法，其中M＝32，r＝16。原型滤波器g(n)和f(n)的阶数为128阶，由matlab的指令firl(127，1/32)产生。得到的系统所能提高的传输增益如表一所示，可以看出该系统能够有效的抑制啸叫，从而提高传输增益。
表一
同时，采用DMOS(ITU-Trecommendation P.800)对输出语音音质进行测试，结果如表二所示。由下表可以看出当R＜0.02时，本发明对输出语音音质是不影响的。因此本发明即能有效抑制扩声系统中啸叫同时由不影响输出语音质量。
表二
权利要求
1.一种无损语音质量的啸叫抑制方法，其特征在于它包括下列步骤A)将第k时刻的音频输入信号x(k)经过分析滤波器组(1)得到其在M个子带中的子带输入信号x0(k)…xM-1(k)；B)对其中M/2+1个的子带输入信号x0(k)…xM/2(k)分别进行啸叫判断(2)；C)若判断出第i个子带的子带输入信号xi(k)中存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)由子带输入信号xi(k)经过一个随机相位器(3)得到，其中0≤i≤M/2；D)若判断出第i个子带的子带输入信号xi(k)中不存在啸叫，则其相对应的子带输出信号yi(k)为子带输入信号xi(k)，其中0≤i≤M/2；E)经过步骤C)、D)共得到M/2+1个子带输出信号y0(k)…yM/2(k)，利用子带信号的共轭特性yi(k)＝y*M-i(k)得到全部M个子带输出信号，其中1≤i≤M/2-1，上标*表示共轭；F)将上述得到的M个子带输出信号y0(k)…yM-1(k)经过合成滤波器组(4)，得到音频输出信号y(k)。
2.根据权利要求1所述的无损语音质量的啸叫抑制方法，其特征是所述分析滤波器组(1)和合成滤波器组(4)利用多重相位滤波器技术实现。
3.根据权利要求1所述的无损语音质量的啸叫抑制方法，其特征是所述随机相位器(3)由时变全通滤波器实现。
全文摘要
本发明公开了一种无损语音质量的抑制扩音啸叫的方法，首先将某时刻的音频输入信号经过分析滤波器组得到M个子带输入信号；然后对其中M/2+1个的子带输入信号进行啸叫判断；若判断出某子带输入信号中存在啸叫，则其相对应的子带输出信号经过一个随机相位器得到，若不存在啸叫，则其为子带输出信号；将上述步骤得到的M/2+1个子带输出信号，利用子带信号的共轭特性得到全部M个子带输出信号；最后将上述得到的M个子带输出信号经过合成滤波器组，得到音频输出信号。该方法利用人耳对声音相位不敏感的特性，随机改变输出声音信号的相位，进而破坏发生啸叫的相位条件，从而抑制啸叫。它适用于各种类型的扩声系统中，具有极大的实用价值。
文档编号H04R3/02GK1767695SQ20051009427
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月8日 优先权日2005年9月8日
发明者吴鸣, 邱小军, 赵其昌 申请人:南京大学