一种基于双端会话检测的声学回声消除系统技术方案

本发明专利技术属于数字信号处理技术领域，具体地说，是一种基于双端会话检测的声学回声消除系统，包括麦克风模块、扬声器模块、自适应滤波模块、双端会话检测模块、回声路径模块、语音处理模块。远端的语音信号经过扬声器模块输出，麦克风模块采集近端的语音信号和经由回声路径模块的回声信号，双端会话检测模块的输入端连接远端语音信号输出和麦克风模块的输出端，基于信号包络能量和互相关对双端会话情况判定后，双端会话检测模块的输出端连接自适应滤波模块输入端，自适应滤波器滤波，自适应滤波模块的输出端与麦克风模块输出端的信号经过语音处理模块作用后输出。音处理模块作用后输出。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双端会话检测的声学回声消除系统


[0001]本专利技术属于数字信号处理
，具体地说，是一种基于双端会话检测的声学回声消除系统。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，人们对免提电话、电话会议等远程通话的需求越来越多。然而，在这些应用中，声学回声的干扰将影响通话质量，严重时甚至无法进行正常的通话。所谓声学回声，就是在双端正常通话时，远端的语音信号传送到近端扬声器播放，语音信号经过环境内的墙壁、盆栽、柜子等介质反射后被近端麦克风采集传输到远端扬声器播放，此时，远端人就听到了自己的语音。
[0003]为此，自适应滤波技术应运而生，该技术的基本思想是利用远端信号与回声信号所具有的相关性，估计出回声估计信号，并在近端语音信号中减去回声估计信号，得到误差信号，在通过一定的准则更新自适应滤波的系数从而得到最优结果。
[0004]但是该技术在双端会话的情况下性能不佳。自适应滤波仅针对回声信号，当发生双端会话时，存在近端语音，得到的误差信号并非回声信号与回声估计信号的差值。在自适应滤波时，近端语音信号将成为干扰信号，使自适应滤波器在本该停止滤波时更新系数，滤波效果变差。所以双端会话检测技术的研究尤其重要，正确的双端会话判定能有效消除通话过程的声学回声，提高语音通话的质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提出了一种基于双端会话检测的声学回声消除系统，提高双端会话检测的灵敏度，在减少误判、漏判的情况下有效提高声学回声消除性能，提高语音通话的质量，具有复杂度低，检测精度高的特点。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种基于双端会话检测的声学回声消除系统，包括以下模块：
[0008]扬声器模块：用于传输远端的语音信号x(n)；
[0009]麦克风模块：用于采集近端的语音信号s(n)和经由回声路径模块的远端语音信号后输出y(n)；
[0010]自适应滤波模块：用于根据双端会话检测模块的判定结果，按照NLMS算法对自适应滤波模块进行更新；
[0011]双端会话检测模块，其信号输入端分别与麦克风模块的信号输出端及远端语音信号输出端连接，所述双端会话检测模块信号输出端分别与自适应滤波模块的信号输入端及信号处理模块的输出端连接，基于信号包络能量和互相关进行双端会话检测；
[0012]语音处理模块：用于由麦克风输出模块的输出信号和自适应滤波模块处理后的信号相减得到误差信号。
[0013]其中，双端会话检测模块中有两个决策量ξ1和ξ
xy
，ξ1由麦克风模块输出信号y(n)
包络能量构造，ξ
xy
基于远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)之间的互相关构造。
[0014]本专利技术进一步改进，双端会话检测方法包括如下步骤：
[0015](1)计算远端语音信号x(n)、麦克风模块输出信号y(n)和自适应滤波器的回波估计d(n)的能量，构造出决策量ξ1和动态阈值T进行比较，判断是否发生双端会话；
[0016](2)根据上一步的判断结果，若判定为双端会话，自适应滤波模块的滤波器停止更新系数；否则，再由远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)计算互相关，得出决策量ξ
xy
；
[0017](3)将决策量ξ
xy
与设定阈值K进行比较，判断是否发生双端会话，若判定为双端会话，自适应滤波模块的滤波器停止更新系数，否则，滤波器正常工作。
[0018]本专利技术进一步改进，所述的决策量ξ1的计算式为：
[0019][0020]若两个包络的值都比较低时，用γ参数来限制仅包含噪声的部分信号期间的检测函数值，γ为一个较小的值，v
x
(n)、v
y
(n)分别是远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)的能量，考虑到信号包络上升和下降两种情况，v
x
(n)的计算式如下：
[0021][0022]v
y
(n)的计算式如下：
[0023][0024]动态阈值T(n)的计算式为：
[0025][0026]其中，μ参数用来为检测误差留有一定的余量，它设定为一个很小的正值。
[0027]在双端会话的时候，麦克风模块输出信号y(n)由于存在近端语音信号s(n)，所以麦克风模块输出信号y(n)包络能量大于自适应滤波器回波估计d(n)的包络能量。这种判定双端会话的精度与自适应滤波器的回波估计的精度有关，所以要在滤波器完全收敛后计算动态阈值，同时，为了避免信号中噪声影响造成的检测错误，可以设置动态阈值的上下限，构建动态阈值T为：
[0028][0029]当ξ1>T时，判定为双端会话。
[0030]本专利技术进一步改进，所述决策量ξ
xy
的计算式为：
[0031]ξ
xy
(n)＝λρ(n)+(1
‑
λ)ξ
xy
(n
‑
1)
[0032]其中，λ为加权因子，p(n)是远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)的相关系数,计算式如下：
[0033][0034]其中，l为延迟，M为相关的样本数据个数。
[0035]理论上来说，在双端会话期间，麦克风模块的输出信号能量大于远端信号能量，但是在实际中，由于室内脉冲响应和回声路径的未知性，回声可能有较长时间的延迟。在这种情况下，麦克风模块输出信号的能量可能低于远端语音信号的能量，这会影响双端会话检测的最终判定。为此引入了决策量ξ
xy
，当ξ1<T且ξ
xy
<K时，判定为双端会话。
[0036]本专利技术进一步改进，决策量ξ1结合决策量ξ
xy
构成最终的双端会话判定函数η(n)，最后的双端会话判定函数如下：
[0037][0038]其中η(n)＝1则判定为双端会话状态，此时自适应滤波模块滤波器暂停更新权系数滤波，否则，自适应滤波模块滤波器继续滤波。自适应滤波模块采用NLMS算法，该算法复杂度低，易于实现，并且加快了滤波器的收敛速度。
[0039]本专利技术的有益效果是：本专利技术能提高双端会话检测的灵敏度，计算复杂度低，检测精度高。在减少误判、漏判的情况下有效提高声学回声消除性能，增强语音通话质量。
附图说明
[0040]图1为本专利技术总体结构框图。
[0041]图2为本专利技术的基于包络能量和互相关的双端会话检测方法框图。
[0042]图3位本专利技术自适应滤波器模型。
[0043]图4为本专利技术的算法流程图。
[0044]图5为本专利技术实施例中远端语音图。
[0045]图6为本专利技术实施例中近端语音图。
[0046]图7为直接使用NLMS算法的回波消除图。
[0047]图8为本实施例进行双端会话检测后的回波消除图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双端会话检测的声学回声消除系统，其特征在于，包括以下模块：扬声器模块：用于传输远端的语音信号x(n)；麦克风模块：用于采集近端的语音信号s(n)和经由回声路径模块的远端语音信号后输出y(n)；自适应滤波模块：用于根据双端会话检测模块的判定结果，按照NLMS算法对自适应滤波模块进行更新；双端会话检测模块，其信号输入端分别与麦克风模块的信号输出端及远端语音信号输出端连接，所述双端会话检测模块信号输出端分别与自适应滤波模块的信号输入端及信号处理模块的输出端连接，基于信号包络能量和互相关进行双端会话检测；语音处理模块：用于由麦克风输出模块的输出信号和自适应滤波模块处理后的信号相减得到误差信号。2.根据权利要求1所述的基于双端会话检测的声学回声消除系统，其特征在于，所述双端会话检测模块中设定有两个决策量ξ1和ξ
xy
，ξ1基于计算远端语音信号x(n)、麦克风模块输出信号y(n)和自适应滤波器的回波估计d(n)的能量构造，ξ
xy
基于远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)之间的互相关构造。3.根据权利要求2所述的基于双端会话检测的声学回声消除系统，其特征在于，根据双端会话检测结果调整自适应滤波器，检测方法包括如下步骤：步骤一、计算远端语音信号x(n)、麦克风模块输出信号y(n)和自适应滤波器的回波估计d(n)的能量，构造出决策量ξ1和动态阈值T进行比较，判断是否发生双端会话；步骤二、根据步骤一的判断结果，若判定为双端会话，自适应滤波模块的滤波器停止更新系数；否则，再由远端语音信号x(n)和麦克风模块输出信号y(n)计算互相关，得出决策量ξ
xy
；步骤三、将决策量ξ
xy
与设定阈值K进行比较，判断是否发生双端会话，若判定为双端会话，自适应滤波模块的滤波器停止更新系数，否则，滤波器正常工作。4.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴蒙，季嘉妮，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：