专利名称：一种基于反馈信号频谱估计的啸叫抑制方法
技术领域：
本发明涉及嘯叫抑制领域，特别涉及一种基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法。
背景技术：
嘯叫抑制在有的文献也被称为“声反馈抑制”、“声反馈控制”、“反馈消除”等，它们表达的是同一种意思。如图I所示，图I为嘯叫产生原理图。s(n)表示近端语音，这是需要 放大的信号；d(n)表示从扬声器发出的声音经过反馈路径102再次反馈到麦克风，被麦克风拾取到的反馈信号。d(n)不是期望接收的信号，需要把它抑制掉。前向处理模块104用来完成嘯叫抑制和自动增益控制等功能。输入信号s(n)到输出信号y(n)之间的传递函数为 G(Z)/(1-G(Z)F(Z))，如果同时满足(a) G(Z)F(Z) | 彡 I ； (b) ZG(z)F(z) =2Jin,nGN；则该系统将变得不稳定，在满足条件的频率点上就会发生嘯叫。使用扩音系统目的之一就是为了提高系统增益，助听器的佩戴者也希望能够把声音放大到所期望的水平，嘯叫现象限制了扩声系统的增益量。因此，必须采取一定的措施消除反馈来避免嘯叫的发生。公共扩声系统中由于讲话人的位置可能会经常地变化。例如教室里老师授课用的扩音系统中，麦克风被放置在老师的衣服上而老师在授课时身体的位置不是固定的，这就导致反馈路径的不断变化，相应的解决方案必须考虑到这一点并能快速的跟踪这种变化，否则就会出现嘯叫。嘯叫抑制是一个热门的研究课题。目前的解决方法主要有(I)移频法。移频法通过破坏嘯叫产生的相位条件来达到嘯叫抑制的目的。然而，这种方法的嘯叫抑制效果并不好，常常控制了一个频率点的嘯叫，系统又会在别的频率点产生嘯叫。而且移频法对语音质量有可觉察的影响，研究和实际系统测试表明使用移频法最多可以获得6dB的增益。(2)陷波器法。陷波器法首先寻找可能发生或者已经发生了反馈的频谱位置，然后将信号中这些过强的频率成分衰减掉来达到反馈抑制效果。但是在实际系统中，有可能存在多个反馈频率点。因此，陷波器法效果有限。已经报道的使用陷波器法可以提供3dB-8dB的增益。(3)自适应滤波器法。自适应滤波器法的工作原理是利用滤波器来模拟声音通过扬声器发出后再从麦克风进来这样的一个传播通道的传输特性，使得从滤波器出来的信号和麦克风采集到的反馈信号一致，然后从麦克风的输入信号中把该部分信号减掉来达到消除反馈的目的。如图2所示，图2为基于自适应滤波算法的嘯叫抑制系统框图。自适应滤波单元206的参数必须调整到和实际传输路径特性接近，其模拟得到的信号便越接近实际的反馈信号，就可以取得更好的嘯叫抑制效果。这种方法和回声抵消所采用的方法原理是一样的，但是与回声抵消不同的是在反馈场合下，系统总是处于被称为“双端对讲”的状态，从而影响了自适应滤波器的收敛速度，而且估计出的滤波器系数是有偏的，这种方法很难适用于反馈路径总是在不断变化的情况。
另外，自适应滤波器法分为不连续嘯叫抑制和连续嘯叫抑制。不连续嘯叫抑制的主要缺点是这种方法需要中断正常输入语音信号，从而使语音的可懂度受到影响，因而在很多场合是不能被接受的。而连续嘯叫抑制使用连续的输入信号来估计反馈信号，但是收敛速度很慢。综上所述，目前的嘯叫抑制方法鲁棒性不好，当反馈路径变化时都很可能出现短暂的嘯叫
发明内容
本发明的目的在于，为了解决上述问题，提出一种基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，从而达到鲁棒性好，收敛和跟踪速度快的目的。为实现上述发明目的，本发明提出一种基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，该方法具体步骤包括步骤I):分别对麦克风米集的信号x(n)和扬声器输出信号y(n)进行分巾贞、加窗和傅里叶变换得到麦克风频域信号X(i，k)和扬声器输出频域信号Y(i，k)；步骤2):根据所述的步骤I)获得的麦克风频域信号X(i，k)和扬声器输出频域信号Y(i, k)计算麦克风和扬声器输出信号之间的互功率谱4)yx(i，k)和扬声器输出信号的功率谱cj^ya，k);并将互功率谱$yx(i，k)除以功率谱$yy(i，k)得到反馈路径传递函数
幅度谱的估计P'0)|;步骤3):利用所述的步骤2)获得的反馈路径传递函数幅度谱的估计|#'(a)|计算得到当前帧反馈信号幅度谱；步骤4):利用麦克风信号幅度谱|X(i，k) I和所述的步骤3)获得的反馈信号幅度谱|；^+,幻|计算获得增益函数6(1，10 ；步骤5):根据所述的步骤4)获得的增益函数G(i，k)来对麦克风频域信号X(i，k)进行修正来实现嘯叫抑制。该方法还进一步包括步骤6):对所述的步骤5)获得的修正后的麦克风频域信号进行处理获得最终的输出信号5( )，并对输出信号5( )进行解相关处理；和步骤7):对所述的步骤6)处理的结果进行增益调节。所述的步骤2)获得反馈路径传递函数幅度谱的具体步骤包括21):采用一阶自回归平滑的方法，按照式⑴获得互功率谱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 < I ;22):采用一阶自回归平滑的方法，按照式⑵获得功率谱^yy (i，k)；4>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):利用互功率谱ctyx(i，k)和功率谱ctyy(i，k)根据式(3)获得反馈路径传递函数幅度i普P'0)|;
权利要求
1.一种基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，该方法具体步骤包括 步骤I):分别对麦克风采集的信号x(n)和扬产器输出信号y(n)进行分帧、加窗和傅里叶变换得到麦克风频域信号X(i，k)和扬产器输出频域信号Y(i，k)； 步骤2):根据所述的步骤I)获得的麦克风频域信号X(i，k)和扬声器输出频域信号Y(i,k)计算麦克风和扬声器输出信号之间的互功率谱4>yx(i，k)和扬声器输出信号的功率谱
2.根据权利要求I所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，该方法还进一步包括 步骤6):对所述的步骤5)获得的修正后的麦克风频域信号进行处理获得最终的输出信号5( )，并对输出信号5( )进行解相关处理；和 步骤7):对所述的步骤6)处理的结果进行增益调节。
3.根据权利要求I所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤2)获得反馈路径传递函数幅度谱的具体步骤包括 21):采用一阶自回归平滑的方法，按照式⑴获得互功率谱ctyx(i，k)；
4.根据权利要求I所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤3)按照式(4)计算获得当前帧反馈信号幅度谱
5.根据权利要求I所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤4)计算增益函数的方法包括基于先验信号反馈比方法和基于后验信号反馈比方法。
6.根据权利要求5所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤4)基于后验信号反馈比方法按照式(5)计算获得增益函数G(i，k)；
7.根据权利要求I所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤5)按照式(6)对麦克风频域信号X (i，k)进行修正来实现嘯叫抑制 S(i,k) = X(i,k)G(i,k)(6)。
8.根据权利要求2所述的基于反馈信号频谱估计的嘯叫抑制方法，其特征在于，所述的步骤7)采用调节数字信号的增益或调节模拟系统功放的增益。
全文摘要
本发明涉及一种基于反馈信号频谱估计的啸叫抑制方法，首先，分别对麦克风采集的信号和扬声器输出信号进行分帧、加窗和傅里叶变换得到对应的频域信号；然后，根据获得的麦克风频域信号和扬声器输出频域信号计算麦克风和扬声器输出信号之间的互功率谱和扬声器输出信号的功率谱；并将互功率谱除以功率谱得到反馈路径传递函数幅度谱的估计；再利用获得的反馈路径传递函数幅度谱的估计计算得到当前帧反馈信号幅度谱；接着利用麦克风信号幅度谱和获得的反馈信号幅度谱计算获得增益函数；最后根据获得的增益函数来对麦克风频域信号进行修正来实现啸叫抑制。该方法具有很快的收敛和跟踪速度，鲁棒性好，算法复杂度低有利于实时实现。
文档编号H04R27/00GK102740214SQ20111008219
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月1日 优先权日2011年4月1日
发明者吴鸣, 杨军, 杨飞然 申请人:中国科学院声学研究所