一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消除方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种声学回声消除方法。特别是设及一种无回声残留双端通话鲁棒的 声学回声消除方法。
【背景技术】
[0002] 声学回声主要是指从扬声器发出的声音被麦克风重新拾取后再次发送到远端 形成的回声。声学回声消除器（Acoustic Echo Cancellation,AEC)广泛应用于各种嵌 入式设备和各种VoIP应用中，包括各种电信网络设备和终端设备、丰富的软件视频会议 和VoIP软件电话等。一般的声学回声消除器至少包含双端通话检测模块值OUble Talk Detector, DTD)、线性回声消除两个部分。图1是一个典型的声学回声消除器。
[0003] 麦克风在时刻n接收的信号为：
[0004] d(n) =y(n)+V(n)+W(n) 1. 1
[0005] 式中：d(n)代表近端信号，y(n)代表远端信号x(n)经过扬声器播放后产生的回声 信号，v(n)代表近端语音信号，w(n)代表近端噪声信号。远端信号x(n)经过系统传递函数 h滤波后形成回声
[0006] y(n) = hT*x I. 2
[0007]其中，
[000引 hT=比。(n) hi (n), . . . , 1? (n) ] T
[0009] X=[X(n)X(n-1),. . . ,X(n-N+1)]T
[0010] X是远端信号向量，N为房间冲击响应长度，T代表矩阵的转置。
[0011] 回声消除的目标就是设计一个自适应有限冲击响应滤波器估计出介于麦克风与 扬声器之间的回声路径苗:曲，然后根据运一估计路径得到回声估计信号.;?(/?)，将其从d(n) 中消除，而保留V(n)。
[0012] = 13
[0013] 如"）= v(") 1.4
[0014] e(n)代表线性回声滤波器消除后得到的误差信号，其中，
[001 引 = ,(")]' I5
[0016] L为自适应滤波器长度，实际中一般L<N。一般认为，声学回声消除器处理的场 景分为=种情况：远端情况，只存在回声信号而不存在近端语音信号；近端情况，不存在回 声，只存在近端语音信号；双端通话情况，回声信号与近端语音信号同时存在。
[0017] 线性回声消除器主要依靠自适应算法来估计回声路径，其中最简单的自适应算法 是最小均方误差算法化east-mean-square,LM巧，其更新方程是
[001 引 6(/?) = h(fl -1)牛兴*如"）*卽?） U
[0019]y为自适应滤波器的步长，步长越大，滤波器更新速度越快，回声滤除地越干净， 反之越慢。后来有人提出了归一化最小均方误差（Normalized Least-mean-square, NLM巧 算法，其基本思想是利用输入信号的瞬时能量对步长进行归一化，NLMS算法的更新方程是
1.6
[0021] 其中，I I M表示2-范数，5为一正常数。
[0022] 随后，又有人提出了许多变步长归一化最小均方误差（Vari油IeStepSize NormalizedLeast-mean-square,VSS-NLM巧算法，但W上算法在双端通话和滤波 器欠定模型（滤波器长度小于实际房屋空间响应长度）环境下，对回声消除器的 工作有着很大的干扰。欠定模型双端通话鲁棒的变步长归一化最小均方误差算法 (DOUBLE-TALKROBUSTVariableStepSizeNormalizedLeast-mean-squareFor Under-modelin,VSS-NLMS-UMDT)是一种新型双端通话鲁棒的回声消除算法，与其它 VSS-NLMS算法相比不需要双端通话检测器值TD)，就能够在欠定和双端通话情况下稳定工 作，对近端干扰不敏感，依然保持较小且稳定的稳态失调，并且在实际应用中易于实施与控 审IJ，不需要声学环境的任何参数，鲁棒性很强。其提出的控制步长和更新方程是
[002引式中，丫。d是e(n)与d(n)之间的互相关估计，n (n)是滤波器的收敛性统计参数， 巧、璋和参分别代表d(n)、j)(,!)和e(n)的能量期望估计，5、C均为一常数。W上参数 可由式1. 9和1. 10得到
[0026]丫ed(n) = E[e(n)*d(n)]=入丫ed(n-l)+(l-入）e(n)d(n) 1.9
1.1挣
[002引 E{ ?}表示数学期望，A是一极小正常数，标记f康示序列P (n)的能量估计，它 可W通过指数递归公式来计算，计算方法是
[0029] 巧(") =乂巧("-I) +!.11
[0030] 该算法虽然优势明显，但是仍存在一些严重问题，在实际的应用中，采用VSS-NLMS 和VSS-NLMS-UMDT算法只能抵消大概25地的线性回声，输出信号中还有一些残留回声。运 主要是因为该算法的控制步长变化小，导致在远端情况下步长不能足够大，回声就会被滤 除地不干净，仍存在很多残留，人耳感觉很明显，严重降低整个系统性能。
【发明内容】
[0031] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种高性能、稳健、鲁棒的无回声残留双端通 话鲁棒的声学回声消除方法。
[0032] 本发明所采用的技术方案是：一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消除方 法，包括如下步骤：
[0033] I)确定算法参数：
[0034] 2)初始化滤波器，在滤波器初始时间M内用滤波器步长极大值ymax更新滤波器， 要求M<L;
[0035] 3)先验滤波，所述的先验滤波，包括：去除远端信号向量X中距离n时刻最远的数 据X (n-L)，将当前远端信号X (n)更新至远端信号向量X ;利用滤波器的前一状态-jitV; -4估 计当前回声信号，并将估计出的当前回声信号从当前近端信号d(n)中滤除，得到先验误差 信号e (n);
[0036] 4)计算算法所需特征值；
[0037] 5)判断双端通话或回声路径的改变；
[0038] 6)进行步长更新；
[0039] 7)后验滤波，将步骤6)得到的控制步长代入下式更新滤波器状态Mn)
[0040] h(") =h(/? - 1) + 户("沁("） 18
[0041]根据更新后滤波器状态如;）计算出后验误差信号e(n)，即为系统输出。
[0042] 步骤1)所述的算法参数包括：包括语音采样频率fs，滤波器长度以滤波器状态 h川）.滤波器步长y (n)，滤波器步长极大值ymax和滤波器初始时间M，远端信号向量X， 当前先验误差信号e (n)，后验误差信号e(n)，当前近端信号、当前远端信号、当前估计回 声信号和当前先验误差信号的能量期望估计巧、式、兩和勞，误差信号与近端信号之间 的互相关估计丫。d，收敛性统计参数n (n)，收敛性统计参数期望值exp n (n)，收敛性统计 参数最小阔值和最大阔值min和max,双端通话或回声路径改变标志flag, W及稳定时间t， 算法参数中的n表示当前时刻。
[0043] 步骤4)所述的计算算法所需特征值包括如下步骤：
[0044] (1)计算出先验误差信号e(n)与当前近端信号d(n)之间的互相关估计Ted,当 前近端信号的能量期望估计参:，当前回声信号的能量期望估计巧和当前先验误差信号的 能量期望估计巧；
[0045](2)将步骤（1)给出的参数，代入如下公式得到收敛性统计参数n (n)，
1 12
[0047](3)定义收敛性统计参数期望值exp n (n)，计算公式是
[0048] exp n (n)=入水exp n + 入）* n (n) 1.13
[0049] A是在0~1/1000之间的正常数。
[0050] 步骤5)包括，设定当收敛性统计参数n (n)高于收敛性统计参数最大阔值max时 判断为双端通话或回声路径发生改变，将双端通话或回声路径改变标志flag置1，由于说 话会持续一定时间，所W在一定的稳定时间t内，一直采取滤波器步长Ji (n)，定义时间计 数器
[0051] counter=1:杆S 1. 14
[0052] 稳定时间内每处理一次，时间计数器counter减一，每当收敛性统计参数n (n)高 于收敛性统计参数最大阔值max时，双端通话或回声路径改变标志flag置1，重置时间计数 器counter ;当时间计数器counter减小到零时，表明持续时间结束，双端通话或回声路径 改变标志flag置0。
[0053] 步骤6)中，若判断当前通话状况是处在远端情况下，并且收敛性统计参数期望值 exp n (n)小于收敛性统计参数最小阔值min时，采取滤波器步长极大值y max ;若双端通话 或回声路径改变标志flag为1，在稳定时间内，即时间计数器大于0时，一直选取控制步长 公式来控制步长，每处理一次，计数器值减一。
[0054] 所述的控制步长公式是：
[0056] 5、C均为一常数。
[0057] 步骤7)中所述的根据更新后滤波器状态hi、H)计算出后验误差信号e(n)，是利用 更新后滤波器状态估计当前回声信号，并将估计出的当前回声信号从当前近端信号 d(n)中滤除，得到后验误差信号e(n)。
[0058] 本发明的一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消除方法，是一种高性能、稳 健、鲁棒的回声消除方法，通过收敛性统计参数和其期望值选择不同的控制步长调整方法， 实现在大部分远端情况下选择大步长更新滤波器，其余时间则选择小步长更新滤波器，从 而实现有效、干净地滤除回声。与其它方法相比，本专利所提方法在远端情况下线性回声消 除后产生的误差信号小得多，基本无回声残留；双端通话下有效地滤除回声并完整清晰地 保留了近端语音信号，稳态失调小；近端情况不滤波，提高了声学回声消除系统性能，增强 了语音质量。
【附图说明】
[0059] 图1是一个典型的声学回声消除器示意图；
[0060] 图2a是远端语音信号时域图；
[0061] 图化是近端信号时域图；
[0062] 图2c是近端语音信号时域图；
[0063] 图3a是VSS-NLMS处理结果；
[0064] 图 3b是VSS-NLMS-UMDT处理结果；
[0065] 图 3c是VSS-NLMS-UMDT-CSE处理结果；
[0066] 图4是本发明实施例处理流程图。
【具体实施方式】
[0067] 下面结合实施例和附图对本发明的一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消 除方法做出详细说明。
[0068] 本发明的一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消除方法，是基于声学回声消 除VSS-NLMS-UMDT算法，利用收敛性统计参数和其期望值标定出声学回声消除系统中绝大 部分远端情况，从而在此期间选取大步长更新滤波器，实现有效、干净地过滤回声，而其他 情况选取VSS-NLMS-UMDT算法的控制步长，提高声学回声消除系统性能。
[0069] 本发明的一种无回声残留双端通话鲁棒的声学回声消除方法，包括如下步骤：
[0070] 1)确定算法参数：
[0071] 所述的算法参数包括：包括语音采样频率fs，滤波器长度以滤波器状态，滤 波器步长y (n)，滤波器步长极大值y max和滤波器初始时间M，远端信号向量X，当前先验 误差信号e (n)，后验误差信号e(n)，当前近端信号、当前远端信号、当前估计回声信号和 当前先验误差信号的能量期望估计萬、巧、巧和爹:，误差信号与近端信号之间的互相关 估计丫。d，收敛性统计参数n (n)，收敛性统计参数期望值exp n (