[发明专利]一种智能音箱中的快速回声消除方法

权利要求书

1.一种智能音箱中的快速回声消除方法，其特征在于，包括：

步骤一、利用音箱的扬声器播放声波信号，并利用多个全向麦克风组成的均匀线性阵列采集扬声器发出的信号，建立包含语音信号、回声信号、背景噪声和麦克风接收信号的声学函数模型；

步骤二、根据麦克风的阵列结构，并结合所述声学函数模型改写每个麦克风的声学传递函数模型，并进行分帧处理和短时傅里叶变换；

步骤三、计算固定波束形成器，对每个麦克风的声学传递函数模型进行初级降噪，得到上支路语音参考信号；

步骤四、计算第一通道的回声信号，利用最小均方误差作为代价函数，使用梯度下降自适应算法进行更新；

步骤五、根据麦克风阵列空间结构，计算第一秒回声信号的相对回声传递函数，得到麦克风阵列的其他通道的回声信号，当做自适应波束形成噪声参考信号；

步骤六、由所述固定波束形成得到的上支路语音参考信号和自适应波束形成噪声参考信号之间的最小均方误差值来构建代价函数，使用归一化最小均方算法对波束形成器系数进行更新迭代，得到消除回声信号和背景噪声的音箱声学函数模型；

所述声学函数模型为：

Y_n(l，k)＝D_n(l，k)+S_n(l，k)+V_n(l，k)；

其中，D_n(l，k)表示回声信号，

h_n(l，k)＝[H_n(0，k)，…，H_n(B-1，k)]^T，x(l，k)＝[X(l，k)，…，X(l-B+1，k)]^T，上脚标(·)^T和(·)^H表示转置和共轭转置，h_n(l，k)是扬声器和麦克风之间的第n个声学回声传递函数AETF向量，B为h_n(l，k)的长度，X(l，k)是扬声器播放的信号；

S_n(l，k)表示语音信号，V_n(l，k)表示背景噪声，l表示帧索引，k表示频域带索引，n表示麦克风索引，n∈{1，…，N}，N表示麦克风个数；

所述步骤六的计算过程为：

根据固定波束形成得到的上支路语音参考信号Y_FBF(l，k)和自适应波束形成噪声参考信号Y_ANC(l，k)之间的最小均方误差值来构建代价函数：

然后，使用归一化最小均方算法对波束形成器系数进行更新迭代

其中，Y_ANC(l，k)＝q^H(l，k)u(l，k)；

p(l，k)＝α_pp(l，k)+(1-α_p)||u(l，k)||²；

u(l，k)＝[D₁(l，k)，…，D_n(l，k)，V₁(l，k)，…，V_n(l，k)]^T是噪声参考信号，由估计回声和估计噪声向量串联组成；

自适应波束形成器固定步长μ_q，遗忘因子α_p；

所述相对回声传递函数为：

其中，h_n(l，k)是扬声器和麦克风之间的第n个声学回声传递函数AETF向量；

所述每个麦克风的声学传递函数模型为：

其中，为第n个麦克风的声学传递函数模型，C_n(l，k)为每通道目标语音信号的相对传递函数，D₁(l，k)为第一通道的回声信号，S₁(l，k)为第一通道的语音信号。