专利-一种自适应声反馈消除方法

一种自适应声反馈消除方法

CN 103475980 A

摘要

本发明公开了一种自适应声反馈消除方法，旨在提供一种具有较高增益和良好鲁棒性的声反馈消除方法，其具体步骤为：一、主麦克风拾取音频信号d(n)，d(n)包含远端语音信号和近端声反馈信号成份，参考麦克风拾取声反馈信号x(n)；二、对d(n)和x(n)采用自适应消除算法，输出为

e(n)；三、对e(n)进行数模转换和功率放大；四、通过扬声器输出音频信号。此方案可以准确消除环境噪音、防止产生嚣叫，增益高，处理速度快，适用于教室、会场等扩声环境。

权利要求(6)

1.一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，包括以下步骤: 一、主麦克风拾取音频信号d(n)，d(n)包含远端语音信号和近端声反馈信号成份，参考麦克风拾取声反馈信号X (n); 二、对d(n)和x(n)采用自适应消除算法，输出为e(n)，具体为: h(n) = {h[0],h[l]....,h[N-l]} ,当h(n)的频率特性逼近外H(z)=F''(z)/F'(z)时，即可消除声反馈信号；采用PNLMS算法估计实际的参考检测声反馈路径H(z)，递推算法如

下:

上述公式中，μ为步长因子，α为正整数，ρ是影响整体收敛速度的参数；h(n)指回声路径估计FIR滤波器的单位脉冲响应；Ν指回声路径FIR滤波器的阶次；Τ为转置符号；f(n)指回声估计输出；hg(n)指回声路径估计FIR滤波器的第k个估计系数；三、对e(n)进行数模转换和功率放大；四、通过扬声器输出音频信号。

2.根据权利要求1所述的一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，步骤二的e(n)经过延时模块后再输出到数模转换。

3.根据权利要求1或2所述的一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，参考麦克风和主麦克风拾取到声反馈音频信号的强度之差需控制在3db之内；参考麦克风和主麦克风拾取到语音音频信号的强度之差需大于20db以上。

4.根据权利要求1或2所述的一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，处理窗滑动间隔等于6个采样点，每6个采样点完成一次自适应算法运算。

5.根据权利要求4所述的一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，AD转换器的采样频率为

48khz，分辨率不小于20bit。

6.根据权利要求5所述的一种自适应声反馈消除方法，其特征在于，FIR滤波器阶次不小于128。说明

一种自适应声反馈消除方法

技术领域

[0001] 本发明涉及声音信号处理领域，尤其是涉及一种用于扬声系统的自适应声反馈消除方法。

背景技术

[0002] 在麦克风和喇叭组成的扩声场合可以简化成图1所示，喇叭发出的声音通过声学反馈再次进入麦克风，构成一个闭环系统。

[0003] 扩声系统输出与输入之间的脉冲传递函数关系为：

其中G1 (Z)是麦克风的传递函数。如果系统在任意一个频率点上同时满足如下两个条件:

[0004] (I)幅度条件:1g1(Z).g(z).f(z) I ≥I;

[0005] (2)相位条件:

, n e N 时；

[0006] 此时，只需微小能量x(t)的触发，即会产生振荡，出现嘯叫。防止嘯叫出现的技术叫做声反馈抑制技术。

[0007] 最简单抑制嘯叫的方法是选择具有近讲特性的麦克风，音源远离麦克风50cm以上时G1 (z)幅值很小，此时产生很小的声反馈增益。这种方法的缺陷是讲话者必须凑近麦克风才能实现扩声，限止了讲话者的活动范围。如果要增加拾音区域，就必须选择高灵敏度麦克风，高灵敏度麦克风的G1 (z)幅值较大，容易产生自激振荡，即产生嘯叫。

[0008] 声反馈抑制技术的主要目的是破坏嘯叫产生的条件，一种是破坏相位条件，另一种是破

坏幅度条件。

[0009] 通过对反馈信号相位处理，防止出现正反馈达到消除嘯叫的方法有移频法或移相法。由

于要破坏20HZ~20KHZ所有频率上的相位条件十分困难，其增益提升只能在3~5db之内，并且其稳定性受输入通道的影响。

[0010] 通过抑制声反馈信号的幅度达到抑制嘯叫的常用方法之一是自适应陷波法。该方法设定

若干静态陷滤频率和若干动态陷滤频率，降低可能产生嘯叫的频率的环路增益。为了防止陷波法对音质的影响，要求陷波器具有窄带特性，即嘯叫频率的估计必须十分精确，准确并精确估计嘯叫频率十分困难，陷波法必须在估计精确性与音质之间折衷处理。同时，陷波法也会误将实际正弦类输入信号消除掉。陷滤法在实际应用中的增益提升在5~Sdb之间。

[0011] 通过抑制声反馈信号的幅度达到抑制嘯叫的另一种方法是自适滤波抵消法算法，该方法

通过自适应处理估计声反馈传递函数，消除或降低声反馈信号达到抑制嘯叫的目的。这种方法的特点是在讲话时刻估计声反馈路径时，反馈信号与主输入信号具有高度相关性，严重影响声反馈路径的估计精度，及估计收敛速度，系统本底噪声和噪声类型也是影响声反馈路径估计的重要影响因素之一。有些学者提出通过在处理环节引入适量延时减少声反馈反馈输入与主输入的相关性，有些学者则在采用自适应声反馈估计之前动态首先采用有源动态噪声消除算法降低系统本底噪声，进而提高后续声反馈估计的精度。如何寻找合适的估计时刻，如何设计高效快速的有源降噪算法是应用这种方法的前提。

[0012] 评价声反馈抑制技术的指标主要有两个，一个是客观指标:扩声增益的提升量，即采用声反馈抑制技术后不产生嘯叫时的扩声增益相比不采用此技术前的扩声增益之差值；另一个主观指标:音质的失真度。采用声反馈抑制技术后，不可避免会对语音信号进行处理，从而产生音频处

理失真。移频法和移相法稳定度不好，增益提升也不大；自适应陷滤波多个陷波器的串入对音质造成较大的影响，由于陷波频率很难精确判定增益提升幅度也不大。自适应滤波法的原理是抵消声反馈路径，若声反馈路径估计准确不但不会影响音质，还会消除空间对直达声的影响。但是，自适滤波抵消法算法在算法中引入了闭环反馈处理，如果声反馈路径估计不准确，反而会产生新的嘯叫，也就是系统的鲁棒性不好。

发明内容

[0013] 本发明主要是解决现有技术所存在的增益提升幅度小、鲁棒性不好的技术问题，提供一

种具有较高增益和良好鲁棒性，可以准确消除环境噪音、防止产生嚣叫的自适应声反馈消除方法。

[0014] 本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种自适应声反馈消除

方法，其特征在于，包括以下步骤:

[0015] 一、主麦克风拾取音频信号d(n)，d(n)包含远端语音信号和近端声反馈信号成份，参考

麦克风拾取声反馈信号X (η)；

[0016] 二、对d(n)和χ(η)采用自适应消除算法,输出为e (η),具体为: