[发明专利]面向麦克风阵列的声学回声消除方法及装置

说明书

本发明涉及一种面向麦克风阵列的声学回声消除方法，麦克风阵列实时采集近端信号和回声信号的数据，选取其中一个麦克风的通道信号，根据自适应滤波思想和独立成分分析算法构建初始化模型，根据初始化模型建立回声消除模型对麦克风单通道信号进行回声消除，根据初始回声消除模型以及单通道的滤波器系数去构建麦克风阵列中其他麦克风的回声消除估计模型进行回声消除，本发明能对多通道的麦克风阵列进行声学回声消除，提供有效的数据处理和提高语音识别率；本发明提供的装置通过将声学传感器布置于一个环形传感器阵列上的关键位置，测量系统的多通道录音信号和回声信号进行回声消除，获取麦克风阵列的回声消除信号，最终达到提高语音识别率的目的。

技术领域

本发明涉及一种数字信号处理领域，尤其涉及一种面向麦克风阵列的声学回声消除方法及装置。

背景技术

随着人工智能时代的来临，语音技术作为人机交互的接口，越来越受到人们的关注。传统的近场语音交互技术已经无法满足人们的需求，人们更希望发展可以在更远的距离和更复杂的场景中语音控制智能设备。由此，麦克风阵列技术成为远场语音交互的核心。

所谓麦克风阵列，即指一定数目的声学传感器(麦克风)按一定的规则排列的多个麦克风系统，并应用于语音信号的处理。以往的语音交互应用场景，主要采用单麦克风，但单麦克风系统需要在声源较近、低噪声、无混响的近况下才能获得符合语音识别要求的信号，因此具有一定的局限性。对于远场语音识别的应用场景，由于真实环境中包含大量的噪声、混响和回声，导致麦克风系统拾取的信号质量较差，严重影响语音的识别率。并且由于多声源和环境噪声的问题，单麦克风系统难以实现各声源的分离和定位，因此需要多麦克风系统来辅助语音识别的前端信号处理。

针对目前复杂的应用场景，基于麦克风阵列发展了一系列可以有效提高语音识别率的关键技术，主要包括：语音增强、声源定位、混响消除、回声消除、噪声抑制。其中，语音增强技术主要采用波束形成方法，它主要增强特定方向的声音，抑制主瓣以外的声音干扰；声源定位，主要指利用麦克风阵列来计算目标说话人的角度和距离，进而实现目标说话人的跟踪和声音的定向拾取；混响消除，主要利用逆滤波或线性预测等信号前处理手段来消除影响语音识别的不同步的语音相互叠加现象；回声消除，主要利用自适应信号处理等手段来消除干扰语音识别中的重音等现象；噪声抑制，主要利用谱减法等降噪方法来消除语音识别应用场景下存在较大背景噪声的情况。

基于上述工程应用背景，回声消除作为麦克风阵列的关键技术之一，对麦克风阵列下的多通道声学回声消除算法能够为远场语音交互提供重要的技术支持。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于针对远场语音识别声学回声消除难的问题，提供了一种基于独立成分分析算法和自适应滤波思想相结合的面向麦克风阵列的声学回声消除方法及装置。

本发明提供的面向麦克风阵列的声学回声消除方法，麦克风阵列实时采集近端信号和回声信号的数据；

选取其中一个麦克风输出的麦克风通道信号，根据自适应滤波思想和独立成分分析算法构建初始化模型，根据所述初始化模型建立回声消除模型对所述麦克风通道信号进行回声消除；

根据初始回声消除模型以及单通道的滤波器系数去构建麦克风阵列中其他麦克风的回声消除估计模型进行回声消除。

进一步的，所述麦克风通道信号包括所述麦克风收集的近端信号和回声信号。

进一步的，所述初始化模型包括所述麦克风通道信号中的回声信号与远端信号的函数关系以及对所述其他麦克风通道信号中估计的回声信号与远端信号的函数关系分别为

与

其中为远端信号经空间传播的脉冲响应，为回声信号，为估计的回声信号，为远端信号，为估计的自适应滤波系数。

更进一步的，所述估计的回声信号与控制自适应滤波收敛的误差信号的关系为