[發明專利]面向麥克風陣列的聲學回聲消除方法及裝置

有效

• 申請號: 201710757604.4
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107564539B
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發明（設計）人: 官威;張李;吳科葦;李志
• 申請（專利權）人: 蘇州奇夢者網絡科技有限公司
• 主分類號: G10L21/0208
• 分類號: G10L21/0208;G10L21/0216;G10L15/34
• 代理公司: 蘇州國誠專利代理有限公司 32293
• 代理人: 王麗

本發明涉及一種面向麥克風陣列的聲學回聲消除方法，麥克風陣列實時采集近端信號和回聲信號的數據，選取其中一個麥克風的通道信號，根據自適應濾波思想和獨立成分分析算法構建初始化模型，根據初始化模型建立回聲消除模型對麥克風單通道信號進行回聲消除，根據初始回聲消除模型以及單通道的濾波器系數去構建麥克風陣列中其他麥克風的回聲消除估計模型進行回聲消除，本發明能對多通道的麥克風陣列進行聲學回聲消除，提供有效的數據處理和提高語音識別率；本發明提供的裝置通過將聲學傳感器布置于一個環形傳感器陣列上的關鍵位置，測量系統的多通道錄音信號和回聲信號進行回聲消除，獲取麥克風陣列的回聲消除信號，最終達到提高語音識別率的目的。

技術領域

本發明涉及一種數字信號處理領域，尤其涉及一種面向麥克風陣列的聲學回聲消除方法及裝置。

背景技術

隨著人工智能時代的來臨，語音技術作為人機交互的接口，越來越受到人們的關注。傳統的近場語音交互技術已經無法滿足人們的需求，人們更希望發展可以在更遠的距離和更復雜的場景中語音控制智能設備。由此，麥克風陣列技術成為遠場語音交互的核心。

所謂麥克風陣列，即指一定數目的聲學傳感器(麥克風)按一定的規則排列的多個麥克風系統，并應用于語音信號的處理。以往的語音交互應用場景，主要采用單麥克風，但單麥克風系統需要在聲源較近、低噪聲、無混響的近況下才能獲得符合語音識別要求的信號，因此具有一定的局限性。對于遠場語音識別的應用場景，由于真實環境中包含大量的噪聲、混響和回聲，導致麥克風系統拾取的信號質量較差，嚴重影響語音的識別率。并且由于多聲源和環境噪聲的問題，單麥克風系統難以實現各聲源的分離和定位，因此需要多麥克風系統來輔助語音識別的前端信號處理。

針對目前復雜的應用場景，基于麥克風陣列發展了一系列可以有效提高語音識別率的關鍵技術，主要包括：語音增強、聲源定位、混響消除、回聲消除、噪聲抑制。其中，語音增強技術主要采用波束形成方法，它主要增強特定方向的聲音，抑制主瓣以外的聲音干擾；聲源定位，主要指利用麥克風陣列來計算目標說話人的角度和距離，進而實現目標說話人的跟蹤和聲音的定向拾取；混響消除，主要利用逆濾波或線性預測等信號前處理手段來消除影響語音識別的不同步的語音相互疊加現象；回聲消除，主要利用自適應信號處理等手段來消除干擾語音識別中的重音等現象；噪聲抑制，主要利用譜減法等降噪方法來消除語音識別應用場景下存在較大背景噪聲的情況。

基于上述工程應用背景，回聲消除作為麥克風陣列的關鍵技術之一，對麥克風陣列下的多通道聲學回聲消除算法能夠為遠場語音交互提供重要的技術支持。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明的目的在于針對遠場語音識別聲學回聲消除難的問題，提供了一種基于獨立成分分析算法和自適應濾波思想相結合的面向麥克風陣列的聲學回聲消除方法及裝置。

本發明提供的面向麥克風陣列的聲學回聲消除方法，麥克風陣列實時采集近端信號和回聲信號的數據；

選取其中一個麥克風輸出的麥克風通道信號，根據自適應濾波思想和獨立成分分析算法構建初始化模型，根據所述初始化模型建立回聲消除模型對所述麥克風通道信號進行回聲消除；

根據初始回聲消除模型以及單通道的濾波器系數去構建麥克風陣列中其他麥克風的回聲消除估計模型進行回聲消除。

進一步的，所述麥克風通道信號包括所述麥克風收集的近端信號和回聲信號。

進一步的，所述初始化模型包括所述麥克風通道信號中的回聲信號與遠端信號的函數關系以及對所述其他麥克風通道信號中估計的回聲信號與遠端信號的函數關系分別為

與

其中為遠端信號經空間傳播的脈沖響應，為回聲信號，為估計的回聲信號，為遠端信號，為估計的自適應濾波系數。

更進一步的，所述估計的回聲信號與控制自適應濾波收斂的誤差信號的關系為