[发明专利]一种基于麦克风阵列的回声消除方法与系统

说明书

本发明涉及一种基于麦克风阵列的回声消除方法及系统，其通过波速形成、线性回声消除与非线性回声消除三重结构抑制了拾取信号中的回声能量，其中，波束形成模块稳定抑制喇叭方位的直达声信号，不受环境变化影响；线性回声消除模块对波速形成后的残留回声进行抑制，消除回声的反射部分；而非线性回声消除模块利用参考信号与残留回声信号的长时幅度相关度进行增益抑制，进一步抑制回声能量。本发明在大幅提升对回声的抑制效果的同时保证了拾取信号的清晰、自然，与现有技术相比有更强的性能以及更好的稳定性。

技术领域

本发明涉及音频信号处理领域，具体涉及一种基于麦克风阵列的回声消除方法与系统。

背景技术

实时通信设备进行麦克风拾音时，会受环境噪声、混响、电路噪声的干扰，同时还受回声的干扰。当远端话者的讲话通过受话器播放时，麦克风在拾取话者声音的同时也拾取受话器信号。受话器信号会直接传达到麦克风，同样也会经过物体反射，衍射，共振等方式传递到麦克风。因此，远端话者在说话同时，会听到自己的声音从对方传回来。信号处理系统与通信的总延时超过10ms时，话者会感知到自己的回声；当回声的总延时超过数十毫秒时，话者会觉得回声干扰了自己说话。而实际通信中，信号延时往往会大于100ms以上。在语音/音频信号处理领域，已经有了很多经典而成熟的回声消除方法。其中LMS、NLMS、GSPAPA等算法已经广泛应用于话机、移动电话，保证了优质的通话音质，使用户免受回声的干扰。

然而，对于免提通话以及视频会议系统等开放式通信场景中，特别是对于麦克风与喇叭安置在同一机器上的免提式通信设备，麦克风拾取的声信号中，回声能量经常会多于话者能量及SER(Signal-to-Acoustic Echoes-Ratio)小于0。而SER越小，回声消除算法需要抑制的回声等级就越大。为了提升回声的抑制等级，回声消除算法需要提高自适应滤波器的精确度。而过度提高精确度导致自适应速率变慢。考虑到各方面因数，传统回声消除算法在上述环境中无法干净的消除拾取信号中的回声信号。

在不得已的情况下，多数免提设备限制了扬声器输出保证的最低限度的SER。还有一些设备在扬声器播放大功率声音时动态降低输入灵敏度，保留了扬声器音量，保证了单工通信质量。然而面对多人会议环境中，不免会出现远端与近端话者同时讲话的情况。此时，远端话者会接收到忽高忽低的拾音信号，严重影了全双工通信的自然通话质量。

总而言之，如何能够在免提环境下提供更有效的回声消除方法，保证自然地全双工通信成为了本领域技术人员迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于麦克风阵列的回声消除方法与系统，其可以大幅提高回声抑制等级，有效消除回声，保证了全双工通信的自然通话质量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于麦克风阵列的回声消除方法，其具体包括以下步骤：

步骤1、对多路输入的时域音频信号x_M进行分帧，短时时频变换得到频域输入信号X_n；对参考信号ref进行分帧，短时时频变换得到频域参考信号REF_n；

步骤2、根据频域输入信号X_n，通过波速形成迭代算法更新自适应波速形成增益W_ABF；

步骤3、通过步骤1得到的频域输入信号X_n与步骤2得到的波速形成增益W_ABF，计算波速形成后的频域信号Y_ABF,

Y_ABF[k]＝W_ABF[k]^*X_n[k] (1)

其中，k＝0,…,N/2-1；N＝2R，R为帧长；