本发明专利技术提供一种基于语音信号分离的立体声回波消除系统，包括回波消除器、麦克风、扬声器，所述回波消除器包括周期功率检测模块、脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、对讲检测模块、回波路径估计模块、加法器；一种利用上述系统实现的回波消除方法，包括下述步骤：没有双方对讲时，估计或更新近端房间脉冲响应的差异和回波路径脉冲响应；从多路回波中将单路回波分离出来；结合远端房间过来的源信号，分别得到回波路径脉冲响应的估计，进而得到分离出来的单路回波的估计；近端房间麦克风的接收信号经过分离处理后剩下的单路回波分别减去对应的估计值，从而实现回波消除。本发明专利技术结构简单，运算量小，实时性强，易于硬件实现，话音通信质量好。
【技术实现步骤摘要】
基于语音信号分离模型的立体声回波消除方法及其系统
本专利技术涉及封闭语音环境中的回波消除技术，具体是指一种基于语音信号分离模型的立体声回波消除方法及其系统。
技术介绍
随着多媒体通信技术的发展，电视电话会议和车载免提无线电话系统已日益普及。在这类由扬声器、房间和麦克风构成的闭合语音环境中存在声学回波影响通信的正常进行，因此需要设置回波消除器来减少回波的干扰。而随着人们对保真度要求的提高，为了增强与会者身临其境的感觉，采用立体声是必不可少的，但是，由于扬声器和麦克风的数目的增多，由此产生多路回波消除问题。与单路回波消除相比，以立体声情况为代表的多路回波消除因为输入信号之间的强相关性而存在回波消除器的解不唯一，失调很大，即无法唯一辨识近端房间的脉冲响应的本质问题，不能很好地满足应用要求。现有的回波消除专利技术许多都是针对单路回波消除，运用传统的自适应滤波器已经取得了比较好的效果，但是直接将单路的情况扩展到多路的传统方法并不能满足实际的应用需求。申请号为200610034214.6的中国专利技术专利申请公开了一种“基于SIMO信道盲辨识的多路回波消除系统”，这是一项针对多路回波消除的技术，该技术的主要思想是将盲信号分离技术应用于多路回波消除模型；但这项技术难以克服盲信号分离技术本身的运算量巨大、运算速度较慢的缺陷，在该技术中需要用到的初始构造矩阵、后续构造矩阵等均占用极大的存储空间，也会导致硬件成本较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、运算量小、实时性强、易于硬件的实现、收敛速度快、失调小、-->残余回波少、话音通信质量好的基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统。本专利技术的另一目的在于提供一种基于语音信号分离模型的立体声回波消除方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，包括回波消除器、麦克风、扬声器；近端麦克风与远端扬声器一对一连接成对，而远端麦克风也与近端扬声器一对一连成对，每一对麦克风、扬声器之间连接一个回波消除器；其特征在于：所述回波消除器包括周期功率检测模块、脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、对讲检测模块、回波路径估计模块、加法器，所述周期功率检测模块与脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、加法器依次连接，对讲检测模块通过输入端与近端扬声器和麦克风相连，通过输出端分别与语音信号分离模块和回波路径估计模块连接，所述语音信号分离模块通过输入端与近端麦克风连接，通过输出端也与加法器相连，所述加法器通过输出端与相应的远端扬声器连接。所述周期功率检测模块与脉冲响应差异测量模块相连，前者输出触发信号给后者。所述脉冲响应差异测量模块包括一个声脉冲发生器，如EHSY Lab提供的猝发音发生器L520279；声脉冲发生器与两个近端扬声器其中一个相连接；两个近端麦克风之间通过频域自适应滤波器及加法器相连接。声脉冲发生器发出声脉冲信号给相连扬声器，测量该扬声器所在点到两个麦克风之间的声学路径的脉冲响应差异系数。当声脉冲发生器与另一扬声器相连时，则测量另一扬声器所在点到两个麦克风之间的声学路径的脉冲响应差异系数。所述频域自适应滤波器可由频域最小均方算法实现，稳态时滤波器的值即脉冲响应差异系数的值，输出给语音信号分离模块。所述语音信号分离模块包括两个傅立叶变换模块、四个乘法器、两个加法器和两个反傅立叶变换模块；一个傅立叶变换模块连接一个乘法器，再分开两路，其中一路与第一个加法器相连，再连接到一个反傅立叶变化模块；另一路与下一个乘法器相连，再与第二个加法器相连；该结构的另一半也是类似的：另一个傅立叶变化也与一个乘法器相连，同-->样分开两路，一路与第二个加法器相连，再连接到一个反傅立叶变化模块；另一路与一个乘法器相连，再与第一个加法器相连。上面所提到的四个乘法器都与脉冲响应差异检测模块相连接。所述回波路径估计模块可由时域自适应滤波器实现，具体可采用归一化的最小均方算法。一种由上述系统实现的基于语音信号分离模型的立体声回波消除方法，包括下述步骤：(1)首先脉冲响应差异检测模块由周期时间触发，在检测到房间中的声功率低于门限值时，进行脉冲响应差异参数的测量。(2)脉冲响应差异系数作为输出被送入语音信号分离模块，为下一步计算准备；近端麦克风的接收信号即混叠后的回波也被作为语音信号分离模块的输入，从而分离出单条回波路径所产生的回波；经此步骤多路回波被转化成单路回波。(3)远端房间麦克风接收信号被送入回波路径估计模块，同时单条回波路径所产生的回波也被作为输入送入，经自适应滤波器处理后完成单路回波的消除。(4)如存在双方对讲，即近端和远端房间均存在讲话人，则此时语音信号分离模块和回波路径估计模块的运算会暂时停止：双方对讲检测模块由周期时间触发，通过检测近端房间的扬声器输出信号(即远端房间麦克风接收信号)和近端房间麦克风的接收信号之间的相关性来判断是否有双方对讲的发生。若有双方对讲的发生则输出指令给语音信号分离模块停止运算。(5)脉冲响应差异测量模块中的脉冲响应差异系数包括ΔH12、ΔH21和F参数，ΔH12和ΔH21由频域自适应滤波器直接测量得到，F参数由ΔH12和ΔH21计算得到。ΔH12、ΔH21和F参数都被送入语音信号分离模块。近端麦克风的接收信号即混叠后的回波为y1和y2，如图1所示，其对应的傅立叶变换为Y1和Y2，分离后的单路回波频域的表示为和经反傅立叶变换对应时域的y11和y22。对讲检测模块由单位周期时间触发，完成对讲判断的工作。因为双方对讲即近端和远端同时有人讲话时，近端扬声器信号和麦克风接收信号之间的相关性会降低，所以可以通过估计-->二者之间的相关性来判断是否有双方对讲的发生，相关性的量化可用相关系数来表示。所述频域自适应滤波器、时域自适应滤波器、傅立叶变换模块和反傅立叶变换模块、对讲检测模块、加法器、乘法器、周期功率检测模块、回波路径估计模块等均可由通用的DSP芯片实现，如Ti(德州仪器公司)的TMS320lf2407和TMS320C55x，摩托罗拉公司的DSP56000和DSP96000等。本专利技术的作用原理是：将语音信号分离模块应用于多路回波消除，主要包括三个过程：(1)由脉冲响应差异检测模块测量获得近端房间脉冲响应差异系数；在没有双方对讲的情况下，估计或更新近端房间回波路径脉冲响应；(2)语音信号分离模块在已知近端房间脉冲响应差异系数的基础上，从多路回波中将单路回波分离出来；(3)结合远端房间麦克风接收后传到近端的源信号，从而分别得到回波路径脉冲响应的估计，进而得到分离出来的单路回波的估计；分离出的单路回波减去其估计值，从而实现回波消除。本说明书中的信号皆为数字信号，为简化起见，以时刻n为自变量的变量将不再专门标明自变量。过程1中房间脉冲响应的差异是基于同一个声源到两个麦克风的脉冲响应之间有如下的关系h12＝Δh12*h11 (1)h21＝Δh21*h22 (2)Δhij表示hii和hij这两个脉冲响应之间的测本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，包括回波消除器、麦克风、扬声器；近端麦克风与远端扬声器一对一连接成对，而远端麦克风也与近端扬声器一对一连成对，每一对麦克风、扬声器之间连接一个回波消除器；其特征在于：所述回波消除器包括周期功率检测模块、脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、对讲检测模块、回波路径估计模块、加法器，所述周期功率检测模块与脉冲响应差异测量模块相连接，所述脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、加法器依次连接，对讲检测模块与语音信号分离模块连接，所述语音信号分离模块通过并行输入端分别与近端麦克风连接，所述加法器、回波路径估计模块通过输入端与语音信号分离模块连接，通过输出端与相应的远端扬声器连接。
【技术特征摘要】
1、一种基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，包括回波消除器、麦克风、扬声器；近端麦克风与远端扬声器一对一连接成对，而远端麦克风也与近端扬声器一对一连成对，每一对麦克风、扬声器之间连接一个回波消除器；其特征在于：所述回波消除器包括周期功率检测模块、脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、对讲检测模块、回波路径估计模块、加法器，所述周期功率检测模块与脉冲响应差异测量模块相连接，所述脉冲响应差异测量模块、语音信号分离模块、加法器依次连接，对讲检测模块与语音信号分离模块连接，所述语音信号分离模块通过并行输入端分别与近端麦克风连接，所述加法器、回波路径估计模块通过输入端与语音信号分离模块连接，通过输出端与相应的远端扬声器连接。2、根据权利要求1所述的基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，其特征在于：所述脉冲响应差异测量模块包括一个声脉冲发生器，声脉冲发生器与两个近端扬声器其中一个相连接；两个近端麦克风之间通过频域自适应滤波器及加法器相连接。3、根据权利要求1所述的基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，其特征在于：所述语音信号分离模块包括两个傅立叶变换模块、四个乘法器、两个加法器和两个反傅立叶变换模块；一个傅立叶变换模块连接一个乘法器，再分开两路，其中一路与第一个加法器相连，再连接到一个反傅立叶变化模块；另一路与下一个乘法器相连，再与第二个加法器相连；另一个傅立叶变化也与一个乘法器相连，同样分开两路，一路与第二个加法器相连，再连接到一个反傅立叶变化模块；另一路与一个乘法器相连，再与第一个加法器相连；所述四个乘法器都与脉冲响应差异检测模块相连接。4、根据权利要求1所述的基于语音信号分离模型的立体声回波消除系统，其特征在于：所述回波路径估计模块为时域自适应滤波器。5、一种由权利要求1～4所述系统实现的基于语音信号分离模型的立体声回波消除方法，包括下述步骤：(1)由脉冲响应差异检测模块测量获得近端房间脉冲响应差异系数；在没有双方对讲的情况下，估计或更新近端房间回波路径脉冲响应；(2)语音信号分离模块在已...
【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，谢胜利，傅予力，邓毅华，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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