[發明專利]一種增強聲環境中目標語音信號拾取的信號處理方法

有效

• 申請號: 201410427254.1
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104157293B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 陳國欽
• 申請（專利權）人: 福建師范大學福清分校
• 主分類號: G10L21/02
• 分類號: G10L21/02
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明屬于室內語音信號拾取的處理技術，涉及通過實驗對回聲狀態神經網絡的參數選擇和訓練建模的數字信號處理方法，特別是一種增強聲環境中目標語音信號拾取的信號處理方法。

背景技術

在現場擴聲中，消除回聲影響的涉及對象是：特定目標語音和該特定目標語音的環境反射聲，主要用于提高聲增益。主要的相關技術有：（1）傳統技術如窄帶均衡是濾除峰值的處理，消除反饋自振；移頻法是采用對信號進行頻譜移動再擴聲，用以破壞反饋自振條件等，它們存在的一個共同問題都是處理技術復雜，并且不利于語音信號的保真；(2)基于現代的數字信號處理的方法則采用自適應濾波處理的回聲抵消技術。

在語音通信中，消除回聲影響的涉及對象是：特定目標語音和另一個特定語音的環境反射聲，主要達到語音增強的目的。回聲消除的相關產品主要在兩個方面：基于DSP平臺的回聲消除器和基于Windows平臺的語音通信的回聲消除算法軟件。它們均是基于自適應回聲抵消技術的產品，回聲抵消必須精確地模擬回聲路徑，并且迅速地適應它的變化。這包括自適應濾波器的結構和自適應算法的選擇，以及減少噪聲對算法收斂速度的影響等。自適應回聲抵消處理主要有以下兩方面問題：

首先，設計主要針對以下的使用問題：（1）處理同時通話。只有遠端信號沒有近端信號時，獲得對回聲模擬的濾波器系數，當加入近端信號時等于引進另外大的隨機分量到自適應過程，濾波器系數會圍繞這個中值的變化而顯著增大，導致性能下降。對此必須檢測近端信號存在的關鍵元件，在同時講話時使自適應功能停止，保持前面的濾波器系數不變。（2）基于自適應濾波的算法常用的LMS算法存儲量小、實現及檢測比較容易，但收斂性差；而收斂性好的RLS算法計算量大，因此出現了許多它們的改進算法，以及應用于解決實際回聲問題的自適應濾波抵消算法處理。（3）當回聲消除算法應用到Windows平臺，必須解決采集和播放音頻流的同步問題。相對于傳統的DSP平臺，現在的PC機，擁有豐富的CPU資源和海量的內存資源，再復雜的回聲消除算法都可以運行自如。但是，應用程序很難在底層直接控制聲卡的采集播放，獲得的是非實時的音頻流，從而帶來了采集和播放音頻流的同步問題。本地接收到遠端的語音后，要把這些語音數據傳給回聲消除算法做參考，這是算法需要的一個輸入信號；然后再傳給聲卡，聲卡放出來后經過回音路徑，本地再采集后傳給回聲消除算法，是算法需要的另一個輸入信號。如果傳給回聲消除算法的兩個信號同步得不好，即兩個信號發生幀錯位，就很難進行消除了。

其次，揚聲器與麥克風之間聲耦合形成的聲回波自適應濾波消除技術存在以下的技術問題：（1）由于延遲時間較長（達到1s），需要幾千個系數的高階濾波器來擬合，需要更多的計算資源。（2）如此長的高階濾波器的穩定性及提高其自適應速度都是比較困難的事情。首先，聲回波路徑由于聲學特性的變化表現得不平穩；其次，聲回波是通過多經傳播來的；再次，房間聲空間的傳播散射特性是非線性，用一般的????????????????????????????????????????????????（或）線性濾波器不能較好地對其建模。（3）對于立體聲系統的聲回波抵消問題，目前仍然是一個重要的、富有挑戰性的研究課題，隨著消回聲消除技術的發展，當前回聲消除研究的重點，已由電路回聲的消除，轉向了聲學回聲的消除。

作為語音信號的產生可以采用或模型描述，室內揚聲器到麥克風的聲信道（反射聲信號的產生）也可以用或模型近似描述，模型具有以較少極點較準確模擬聲信道的功能。對于室內聲信道相當于大量駐波疊加的結果，有較多峰值，需要較多極點數的模型模擬出來，而對于人聲系統發出的語音信號則通常只要很少極點數的模型就可以模擬出來。因此，如果能建立一個模型，其輸出為目標語音，而輸入為目標語音和環境反射聲信號的，則抑制的是反射聲信號，而相應強化的是目標語音信號。